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
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 杭州 310027
本文提出和发展了一种多扫描方式的新型原子力显微镜 (AFM)技术及系统。该系统拥有三个不同的扫描器, 以相互组合的方式实现三种不同的扫描方式, 由管状压电陶瓷驱动的柔性结构扫描器, 采用样品扫描方式, 对于小尺寸样品能够提供高分辨率的快速扫描; 由叠层式压电陶瓷驱动的扫描器, 采用探针扫描方式, 提供各类样品的大范围扫描; 由步进电机驱动的扫描器, 采用样品扫描方式, 能够实现大尺寸样品的大范围扫描。三种方式的单幅图像扫描范围可分别达到 4 μm×4 μm、20 μm×20 μm、40 μm×40 μm。实验结果表明, 借助于上述多扫描方式及独特的结构设计, 该 AFM不仅具有分辨率高、扫描速度快、重复性好等优化性能, 而且能同时实现各类尺寸样品的各种扫描范围的微纳米成像, 具有更好的实用性, 可望在微纳米技术领域获得广泛应用。
多扫描方式 光束偏转法 大尺寸样品 大扫描范围 AFM AFM multi scan mode beam deflection method large-sized sample wide range scan
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
研制了一种新型液相/电化学原子力显微镜（EC-AFM）系统。该EC-AFM系统的探头部分以激光作为光源, 设计了独特的液相光路, 采用了一块透明的玻璃作为视窗, 同时作为探针座, 将微探针和样品完全浸没在液体中进行扫描检测。设计了完全开放式的电解池, 可方便地改变样品的液体环境, 对电化学反应进行操作和控制。此外, 采取了探针扫描的方式, 使得较大和较重样品的扫描检测得以实现。利用该EC-AFM系统, 以铁片为阴极, 铜片为阳极在硫酸铜溶液中进行了化学镀铜实验, 并对实验过程进行了实时观察, 获得了不同阶段的样品表面图像。实验结果表明, 自主研制的EC-AFM在溶液中可扫描获得理想的AFM图像, 分辨率达到纳米量级, 证实该系统可以直接观察电解液中固液界面的化学反应。
显微 液相光路 光束偏转法 原子力显微镜 电化学
