● 摘要
原子力显微镜（AFM）自诞生以来得到迅速发展，应用范围也更加广泛。目前，原子力显微术作为纳米级检测的主要手段，主要涉及纳米级精度尺寸和位移的测量，纳米级表面形貌的测量，以及近年来刚刚起步的纳米级样品表面力学性能的测量。特别的，实现纳米级样品表面物理、化学、生物特性的检测必将极大地推动信息技术、细胞力学等领域的发展。基于轻敲模式原子力显微镜发展起来的谐波成像技术在检测样品表面力学性能方面受到广泛的关注，利用高次谐波信号进行重建针尖与样品相互作用的力曲线可以更完整地还原二者相互作用的信息，进而获得样品表面更丰富的力学性能信息。本文描述了利用高次谐波信号重建针尖与样品相互作用力曲线的实验平台的搭建。实验平台使用普通矩形悬臂探针作为力检测敏感元件，结合新型的激励探针工作的方式，有效地提高了微悬臂探针与样品相互作用所产生的高次谐波信号的信噪比，保证了系统对高次谐波信号的有效采集。同时，论文基于微悬臂的振动方式展开了深入的理论分析，提出了从原始的光电四象限探测器信号中滤除探针的激励信号进而解析出针尖与样品相互作用信息的方法。此外，文章给出了重建力曲线的设计方案和结合力曲线求解样品表面力学性质的方法，且结合数值仿真获得了针尖与样品相互作用的力曲线，及样品表面的力学信息。最后，完成了高次谐波成像实验平台的设计和搭建，实现了利用高次谐波信号进行力曲线的重建，并通过实验的方式分别针对不同的样品获取的力曲线进行对比分析，进一步验证了结合高次谐波信息重建力曲线的方案的正确性。关键词：原子力显微镜，高次谐波，重建力曲线，实验平台