纳米操作技术是实现纳米材料位移、排布、形变等操作的关键方法,也是一种“自下而上”制造性能优异的纳米结构及纳米电路的重要技术手段,同时也为新型纳米器件的研发提供了新思路。本文主要对基于扫描探针显微镜、电子显微镜的纳米操作技术以及光镊技术的研究进展进行了介绍及总结,简单阐述了三种操作技术的基本原理及特点,并在此基础上分析了不同操作技术存在的问题,介绍了几种典型的操作系统和操作策略的改进方法,进一步概括了三种操作技术在纳米材料测试及器件制造中的应用。最后针对三种操作技术的优势、适用范围以及目前仍存在的问题进行分析与总结,探讨了三种操作技术的适用范围,并对不同操作技术的结合进行了展望。

微纳操纵成像系统是探索微观世界的重要工具, 传统比例积分(PI)控制器存在参数难调节, 控制精度低, 抗干扰能力弱等问题。该文在自抗扰控制的基础上, 针对高频周期信号下自抗扰控制存在较大跟踪误差, 加入微分前馈环节。首先给出微纳操纵系统结构的数学模型, 设计出基于模型信息的自抗扰控制器; 再利用已知信息给出微分前馈量; 最后在Matlab中进行仿真验证。仿真结果表明, 对比线性自抗扰及PI控制, 微分前馈的自抗扰控制具有较小的跟踪误差, 系统抗干扰能力有显著提升。

利用原子力显微镜(AFM)、荧光显微成像系统以及时间分辨单光子计数(TCSPC)系统,对金纳米球(AuNS)-银纳米线(AgNW)耦合结构纳米间隙内的量子点荧光自发辐射增强以及表面等离激元(SPP)传导特性进行研究。实验使用两种方式实现了金纳米球和银纳米线间的耦合。第一种方式为:将金纳米球和量子点的混合溶液及银纳米线溶液依次涂覆到SiO2基片上,寻找随机存在的金纳米球-银纳米线耦合结构。第二种方式为:利用AFM进行纳米操纵,在SiO2基片上实现了可控的金纳米球和银纳米线耦合结构。利用该结构,实现了最高达到611的量子点自发辐射速率增强因子,同时也观测到了被增强的荧光激发SPP沿银纳米线传导。利用COMSOL Multiphysics仿真软件,对金纳米球-银纳米线耦合结构附近不同位置和偏振的量子点自发辐射速率增强因子进行了模拟计算,并且和单个金纳米球、单根银纳米线附近量子点自发辐射速率增强因子进行了对比,结果表明金纳米球-银纳米线耦合结构能够获得更高的自发辐射速率增强因子。计算了量子点激发的银纳米线上SPP的场分布,得到了与实验相符的结果。

光电子镊是在介电泳基础上发展出来的一种新型微粒操纵技术,利用投影原理将光图案投影于具有光电效应的光电导层,产生虚拟电极,以此来实现对微粒的.相对于传统的介电泳操纵,光电子镊最大的特点是具有可灵活操控的虚拟电极,通过软件控制可以在光电导层的任意位置形成需要的光学图案从而达成灵活的操纵效果.阐述了光电子镊的实验系统和工作原理,并详细介绍了其研究进展和在微纳操纵方面的应用.