基于AFM的虚拟纳米手操作策略研究

针对纳米操作过程中存在的不确定性及AFM单探针带来的纳米粒子的稳定操作问题,提出了虚拟纳米手操作策略。该策略采用蒙特卡洛方法描述粒子的不确定性,在纳米粒子推动操作的运动学模型基础上,对AFM探针的作用参数进行规划,模拟多探针并行操作效果,将粒子的中心位置限制在规定误差范围内,从而可以避免操作过程中粒子的丢失,实现粒子的稳定高精度纳米操作,仿真结果与实验操作结果相对比,验证了虚拟纳米手操作方法的有效性。

基于AFM探针的PZT标定和纳米尺度操控

研究了一种利用一般原子力显微镜(AFM)实现简便高效纳米操作的方法。利用AFM的成像功能及AFM探针的刻划功能,记录并测量压电陶瓷管(PZT)在X和Y两个方向的位移特性,解决了一般AFM无法检测自身PZT在X和Y两个方向位移的问题;采用PrandtlIshlinskii(PI)模型对PZT的迟滞非线性特性进行建模并建立前馈控制器,以解决AFM探针任意运动路径的驱动问题;采用虚拟纳米手策略对AFM探针的运动路径进行设计,通过构建的前馈控制器驱动AFM探针,完成了15μm×15μm范围内对直径200 nm聚苯乙烯颗粒的连续折线推动,并对长约1.3μm的银棒进行了固定姿态连续平移操作,推动距离超过5μm,整个过程因减少了局部扫描环节而使平均单次操作时间减小到10 s以内。