品质因数调控技术提高AFM横向分辨力的研究

液体中轻敲模式下微悬臂梁的低品质因数会限制原子力显微镜的力灵敏度和成像分辨率，品质因数调控技术可以提高品质因数．在分析品质因数调控技术机理的基础上，分别在一般轻敲模式下和有品质因数调控电路支持的轻敲模式下，利用琼脂糖凝胶作为样品，测得力曲线．分析比较这2种情况下的曲线，表明在无品质因数调控时，微悬臂梁的驱动信号的振幅是恒定的，而在有品质因数调控时，微悬臂梁驱动电压随着针尖样品间距的减小而衰减，从而导致针尖一样品间的相互作用力减小，横向分辨力提高．为了验证该分析结果，检测了液体中的蛋白质分子．在有品质因数调控时，很容易获得清晰的蛋白质分子图像，由此证明了上述结论．     

压电探针应用于原子力显微镜液体成像的研究

研究了采用微悬臂梁上集成的ZnO压电薄膜作为微驱动的探针的直接激振方法,比较了间接激振和直接激振方法下探针在液体中的振动性能,以标准生理溶液中的海拉细胞为样品,对原子力显微镜在液体环境下轻敲模式的成像性能进行了实验研究.研究表明,采用压电探针的直接激振方法在探针振动的幅频曲线中仅有单一谐振峰,可以避免在压电陶瓷管激振方法下由液体振动造成的寄生谐振峰,因此使用压电探针不仅提高了探针振动频率的控制精度,而且减小了针尖对样品的损坏,还提高了仪器的带宽和成像速度.对于512×512点阵和60μm×60μm范围的图像,使用该方法可将采集速度由原来的2~3 min/帧提高到15~20 s/帧,并且扫描速度的提高对原子力显微镜在动态过程中的研究有着重要的参考价值.     

温度变化对微梁谐振频率的影响

双层材料微梁是一种常见的高灵敏度微梁传感结构,温度变化会使微梁发生弯曲形变并改变微梁的谐振频率．研究了微梁谐振频率与其构成材料的杨氏模量E和热膨胀系数a的关系、以氮化硅上沉积了不同厚度金膜的双层微梁结构为对象,通过在原子力显微镜AFM上的实验获得了295～325K范围内微梁的弯曲形变和谐振频率分别与温度变化的关系曲线．对实验结果的分析表明,构成微梁两种材料热膨胀系数的差异会引起微梁的非线性形变和谐振频率的非线性偏移,且主要在温度变化范围小于5K时起作用;在295～325K时两种材料杨氏模量随温度的变化会引起微梁谐振频率的线性偏移．同时,提出了相应的微梁应用建议,以保证在环境温度有变化的应用场合下双层材料微梁仍具有较高的测量精度.