1 沈阳建筑大学 机械工程学院，辽宁沈阳068
2 中国科学院 沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁沈阳110016
3 中国科学院 机器人与智能制造创新研究院，辽宁沈阳110169
为解决原子力显微镜（Atomic Force Microscope， AFM）系统更换探针后光路调整复杂耗时、精度不足的问题，本文首次提出通过精密控制探针与探针夹装配位置来实现更换的探针相对AFM系统原光路位置的一致，进而实现免去AFM系统换针后调整光路步骤。该系统的光路一致性组件采用光束偏转法对探针位置与偏转进行放大与监测，并使用高精度位移与角度调节平台进行探针相对于探针夹的方位调整。通过实物搭建对探针一致性效果进行了验证，并对紫外光（Ultraviolet， UV）胶水固化过程导致探针位置偏移影响；探针不同偏移量时产生的探测器噪音对AFM系统成像质量影响进行了系统分析。实验结果表明：经由该系统装配的探针平均位置精度接近1.1 µm；并且在AFM系统中更换一致性探针仅需8 s。该系统实现了高精度且质量稳定的探针一致性装配，极大地简化了AFM系统重新校准光路的操作步骤，其与自动换针装置配合可有效提升工业计量型AFM的操作与测量性能。
原子力显微镜 探针装配 光束偏转法 微米级位移调节 Atomic Force Microscopy（AFM) probe assembly beam deflection method micron-level displacement adjustment
1 武汉理工大学土木工程与建筑学院, 武汉 430070
2 武汉理工大学三亚科教创新园, 三亚 572000
3 武汉理工大学材料科学与工程学院, 武汉 430070
胶凝材料的氯离子固化能力是影响海工混凝土结构服役寿命的关键影响因素。选用亚硝酸钙作为额外钙相, 偏高岭土或纳米氧化铝作为额外铝相, 探究了钙相和铝相对碱矿渣胶凝材料水化产物、氯离子固化能力和宏观性能的影响。结果表明: 亚硝酸钙和铝相的掺入有效促进了胶凝材料的化学反应和氯离子固化能力, 胶凝材料的固氯量相较对照组提高了11.5%~34.8%; 体系中的m(Ca)/m(Al)值对氯离子固化能力有重要影响, m(Ca)/m(Al)值的降低导致AFm相、C-(A)-S-H凝胶等产物生成量增加; 亚硝酸钙的掺量存在极值, 若掺量过高会对材料强度造成不利影响, 但纳米氧化铝的加入可在一定程度上弥补这一缺陷。
碱矿渣 亚硝酸钙 偏高岭土 纳米氧化铝 AFm相 氯离子固化 alkali activated slag calcium nitrite metakaolin nano alumina AFm phase chloride binding
Author Affiliations
Abstract
State Key Laboratory of Tribology, Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, 100084, People’s Republic of China
Atomic and close-to-atomic scale manufacturing (ACSM) aims to provide techniques for manufacturing in various fields, such as circuit manufacturing, high energy physics equipment, and medical devices and materials. The realization of atomic scale material manipulation depending on the theoretical system of classical mechanics faces great challenges. Understanding and using intermolecular and surface forces are the basis for better designing of ACSM. Transformation of atoms based on scanning tunneling microscopy or atomic force microscopy (AFM) is an essential process to regulate intermolecular interactions. Self-assemble process is a thermodynamic process involving complex intermolecular forces. The competition of these interaction determines structure assembly and packing geometry. For typical nanomachining processes including AFM nanomachining and chemical mechanical polishing, the coupling of chemistry and stress (tribochemistry) assists in the removal of surface atoms. Furthermore, based on the principle of triboelectrochemistry, we expect a further reduction of the potential barrier, and a potential application in high-efficiency atoms removal and fabricating functional coating. Future fundamental research is proposed for achieving high-efficiency and high-accuracy manufacturing with the aiding of external field. This review highlights the significant contribution of intermolecular and surface forces to ACSM, and may accelerate its progress in the in-depth investigation of fundamentals.
intermolecular and surface forces atomic-scale manufacturing transformation of atoms AFM nanomachining chemical mechanical polishing triboelectrochemistry International Journal of Extreme Manufacturing
2022, 4(2): 022002
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200302
基于改进的分子动力学模型，研究了原子力显微镜（AFM）探针在硅表面变载荷刻划的形变特性。利用结构辨认算法显示非晶层的形成，并建立切屑分布的定量评价指标。在此基础上考察刻划速度、针尖半径和探针锥角对刻划效果的影响。结果表明：（1）当刻划速度小于0.3 nm/ps或大于等于1.5 nm/ps时，基底表面的切屑较少，刻划速度对沟槽表面的影响不大；（2）当针尖半径小于等于1 nm时，探针会发生磨损，当针尖半径大于等于1.5 nm时，探针发生弹性形变，针尖半径为2～3.5 nm能达到最佳刻划效果；（3）较大的锥角有利于减少基底表面的切屑分布。
变载荷 刻划 分子动力学 AFM AFM varying load scratching silicon 硅 molecular dynamics
浙江大学 光电科学与工程学院 现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
提出了一种基于嵌入式系统和WiFi无线控制的接触模式原子力显微镜(AFM)系统。该AFM系统直接由迷你型移动电源给扫描与反馈电路及嵌入式系统等供电; 嵌入式系统由微型电脑树莓派和微小型AD&DA模块构成, 通过WiFi与笔记本电脑实现无线数据通信。利用这一方法, 成功研发了无线控制式AFM系统, 并开展了微纳米样品的扫描成像实验。实验结果表明, 该AFM系统的横向分辨率达到纳米量级, 纵向分辨率达到0.1 nm, 最大扫描范围为3.6 μm×3.6 μm。该系统的显著特点是无需交流市电供电, 无需直流高压电源, 也无需与计算机之间的线缆连接, 可在约100 m远处通过无线控制的方式实现AFM的扫描成像。这一新型AFM系统, 不仅能够在微纳米技术的常规领域得到应用, 而且在野外考察、隔离环境、真空条件、气体氛围环境及星际探测等特殊领域具有广阔的应用前景。
原子力显微镜 嵌入式系统 无线控制 移动电源 Atomic Force Microscope(AFM) embedded system WiFi WiFi wirelessly controlled portable power supply
School of Electrical Engineering and Telecommunications, University of New South Wales, Kensington, NSW 2052, Australia
Frontiers of Optoelectronics
2018, 11(1): 0153
本文基于ICP 方法对长波HgCdTe 材料表面进行了氢化处理，首次在同一焦平面器件上实现了氢化工艺效果的对比。利用原子力显微镜（AFM）、低温探针台系统和焦平面测试系统对HgCdTe 材料表面微观形貌及相关器件的电学特性进行了表征分析，结果表明：对长波HgCdTe 材料表面进行氢化处理能有效降低MIS 器件的界面态、改善二极管器件性能，同时能够增大焦平面器件的信号响应度、减小盲元率。该研究对改善长波HgCdTe/钝化层的界面态以及提高长波HgCdTe 器件性能提供了依据。
长波碲镉汞 氢化处理 界面电学特性 焦平面器件测试 long wavelength HgCdTe hydrogenation AFM AFM interface electrical characteristic I-V I-V focal plane device test
针对大面积碲镉汞表面钝化膜的应力问题，基于磁控溅射技术在3 in Ge基碲镉汞表面采用不同工艺条件沉积了ZnS 钝化膜，并对其进行了退火处理。利用台阶仪和原子力显微镜（AFM）对ZnS 钝化膜的应力及表面形貌进行了表征分析，结果表明：在磁控溅射方法中适当提高沉积温度和降低溅射功率，有效降低了ZnS 钝化膜应力，平均应力由原来的924 MPa 减小到749 MPa，且提高了应力分布均匀性；此外，退火处理有效降低了钝化膜的应力，并改善了ZnS薄膜的晶粒大小一致性和致密度。该研究为减小大尺寸碲镉汞表面钝化膜应力提供了思路。
表面钝化 ZnS钝化膜 钝化膜应力 退火 锗衬底 碲镉汞 surface passivation ZnS passivation film passivation film stress anneal AFM AFM Ge substrate HgCdTe
