大扫描范围原子力显微镜的研制

【摘要】：原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)是在微纳米尺度进行科学研究时普遍使用的一种测量仪器。普通国产原子力显微镜使用压电扫描管扫描样品,因而扫描范围偏小,不能很好的满足国内生物学研究的需求。针对这一现状,本课题基于NSPM6800型国产原子力显微镜,提供了一种大扫描范围原子力显微镜实验仪器的设计和制作方法。 研究原子力显微镜相关的基本理论,可以发现扩大扫描范围的方法关键在于两点:一是提高压电扫描器的性能,二是调整扫描探头的结构。针对这两点,本课题深入分析了国际上典型原子力显微镜产品及NSPM6800扫描探头部分的结构,提出了扩大NSPM6800扫描范围的总体设计方案:在扫描器性能改进方面,采用堆形结构的压电扫描器;在探头结构改善方面,分离XY与Z向压电扫描器,并重新设计了微偏转激光检测机构。 这一研究工作的重点在于设计并制作新型扫描探头,难点在于设计时要综合考虑激光器、反射镜、扫描探针、光电位置检测器、压电扫描器、位移平台、信号放大电路等各种要素。 本课题用自行设计制作的扫描探头,结合NSPM6800的软硬件控制系统,搭建了一套新型的原子力显微镜实验仪器。为了验证预期的设计目标,本课题选用标准光栅样品进行了扫描实验,并成功获得了大范围(100μm×100μm)以上的扫描图像。 本文的研究工作得到了国家自然基金项目“纳米分辨率活细胞扫描探针原位实时显微观测系统的研究”的支持。