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基于原子力显微镜的加工检测装置设计


任 务:
首先根据原子力显微镜原理设计各功能结构,提高显微镜的可靠性和稳定性,展现样品在纳米级观测下的表面情况;其次在检测的基础上加上加工的功能,使其更具有科学价值。

原 理:
扫描隧道显微镜STM工作原理
STM的工作原理:把极小的针尖和被研究的物质表面作为两个电极,当样品表面与针尖的距离非常小(<1nm)时,在外电场作用下电子即会穿过两极间的绝缘层流向另一极,产生隧道电流,并通过反馈电路传递到计算机上表现出来。 扫描模式示意图:a) 恒电流模式 b) 恒高度模式
原子力显微镜工作原理 :
二极管激光器(Laser)发射出 的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂 (Cantilever)背面,并从微悬臂背面反 射到由光电二极管构成的光斑位置检测 器 (detector)。当压电陶瓷带动样品 移动进行扫描时,由于样品表面的原子 与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用 力,微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起 伏,反射光束也将随之偏移,因而,通 过光电二极管检测光斑位置的变化,就 能获得被测样品表面形貌的信息。

本人创新工作与设计方法:
基于上述原理,我将用Solidworks2004来对它的机械部分进行三维设计,在这设计中主要分以下三部分:
底座部分——用于固定整个装备。放置显示屏、控制电路、控制线及步进电机,控制中间部分作垂直运动。
中间部分:
中间圆桶部分——有外、中、内三个圆桶,内桶还装有压电陶瓷,并以压电陶瓷作为样品台。其中三个圆桶是用来做样品位置校准的,而压电陶瓷就是在检测工作时,带动样品做微动。
顶 端 部 分:
顶端激光检测部分——主要有两个手动粗调装置,激光发射和接收检测装置以及探针架等组成。

总 结:
在技术本身,SPM设备相对简单、体积小、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检测快捷、操作简便等特点,同时SPM的日常维护和运行费用也十分低廉,因此,SPM技术一经发明,就带动纳米科技快速发展。科技是不断进步的,现在这个设备已经达到了纳米级别的观察,而有效把检测和加工给合,是当今纳米科技的一个难题,在接下来的工作中,我将会在这个方向上进行研究探索。
专 业:机械设计制造及其自动化 班 级:00级4班 姓 名:郑鹏鑫 学 号:27
指导老师:傅惠南、李锻能


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