频率调制原子力显微镜结合透射电子显微镜的原子尺度力学测量方法

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作者 姬厚淋 赵可可 +3 位作者 杨轲萌 刘春萌 张家奇 程少博 《电子显微学报》 北大核心 2025年第4期456-465,共10页

本研究设计了一种基于长边振动水晶振子(length extension resonator,LER)为力学传感器的原位透射电子显微镜样品杆,通过将原位透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)技术与频率调制原子力显微镜(frequency modulated-a... 本研究设计了一种基于长边振动水晶振子(length extension resonator,LER)为力学传感器的原位透射电子显微镜样品杆,通过将原位透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)技术与频率调制原子力显微镜(frequency modulated-atomic force microscope,FM-AFM)技术相结合,实现了纳米材料原子结构动态观测与力学性能同步测量。通过以典型金属(如金)、无机非金属材料(如金刚石)以及半导体材料(如二硫化钼)为研究对象,系统验证了该样品杆在探究原子尺度力学性能方面的普适性和有效性。(1)金纳米触点在拉伸过程中展现出量子化电导阶梯效应,当触点直径由0.9 nm缩减至0.8 nm和0.6 nm时,其弹簧常数从18.4 N/m逐步降至17.1 N/m和14.2 N/m,对应电导值从9.7 G_(0)阶梯式衰减至8.8 G_(0)和5.2 G_(0);(2)亚10 nm的金刚石颗粒在压缩过程中呈现非线性弹性响应,最大压缩应变约为12.18%;(3)极限尺寸的单层二硫化钼纳米带(2 nm×1.15 nm)展现出良好的弹性性能,测得弹簧常数约为80.4 N/m,推算杨氏模量约达215 GPa。本研究建立的纳米力学测试方法为理解原子尺度材料的力学性能提供了有效手段,在纳米力学研究领域具有重要应用价值。 展开更多

关键词 原位透射电子显微镜 频率调制原子力显微镜 纳米材料 力学性能

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基于双ARM的频率调制原子力显微镜 被引量：3

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作者 高倩 王振宇 +2 位作者 李英姿 张应旭 钱建强 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2018年第11期107-110,共4页

设计了基于双ARM的频率调制原子力显微镜,以石英音叉探针作为力传感器,由自激励电路驱动探针振动在实时的共振频率处,并保持振幅恒定;采用两块ARM Cortex-M4内核的高性能微控制器进行频率解调和系统控制,频率解调采用软件锁相环设计,控... 设计了基于双ARM的频率调制原子力显微镜,以石英音叉探针作为力传感器,由自激励电路驱动探针振动在实时的共振频率处,并保持振幅恒定;采用两块ARM Cortex-M4内核的高性能微控制器进行频率解调和系统控制,频率解调采用软件锁相环设计,控制系统采用嵌入式实时操作系统CMSIS-RTOS RTX进行任务管理和调度,保证了系统的实时性。对标准样品进行扫描表明,该系统可以稳定工作。该频率调制原子力显微镜具有小型化、低成本的优势,可以被应用于教学实验。 展开更多

关键词 频率调制原子力显微镜 石英音叉探针 ARM

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原子力显微镜（AFM）力传感器及其固有频率的测试

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作者 薛实福 刘永生 +2 位作者 李庆祥 高宏 于水 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 1995年第2期42-46,共5页

由悬臂梁与探针集成件（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔｙｌｕｓ）组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件，固有频率（ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）是悬臂梁与探针集成件的一个重要技术指标，本文介绍了对力传感器的要求、力... 由悬臂梁与探针集成件（Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｓｔｙｌｕｓ）组成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件，固有频率（ｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）是悬臂梁与探针集成件的一个重要技术指标，本文介绍了对力传感器的要求、力传感器的设计、检测力传感器的方法，着重介绍了一种采用光学象散原理组成的传感器的固有频率测试系统与方法。 展开更多

关键词 力传感器 测试 原子力显微镜 悬臂梁探针 固有频率

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用象散法测试原子力显微镜力传感器的固有频率

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作者 薛实福 刘永生 李庆祥 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 1996年第2期14-17,共4页

原子力显微镜已成为人们观测和研究物体微观世界的强有力的工具.由悬臂梁与探针集成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件,而固有频率是其一个主要技术参数.本文介绍了一种采用光学象散原理测试原子力显微镜的力传感器固有频率测试... 原子力显微镜已成为人们观测和研究物体微观世界的强有力的工具.由悬臂梁与探针集成的力传感器是原子力显微镜的一个关键部件,而固有频率是其一个主要技术参数.本文介绍了一种采用光学象散原理测试原子力显微镜的力传感器固有频率测试系统的原理、组成和测试方法. 展开更多

关键词 原子力显微镜 固有频率 传感器

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原子力显微镜引力域成像的驱动频率优化研究 被引量：1

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作者 王伟 华宝成 +1 位作者 李英姿 钱建强 《电子显微学报》 CAS CSCD 2012年第6期517-522,共6页

探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同... 探针的驱动频率是决定轻敲模式原子力显微镜工作域的重要因素之一。高于共振频率的驱动频率可明显促进探针工作在引力域。本文研究了驱动频率对探针在两个工作区域即引力域和斥力域之间进行转换的重要影响。采用数值仿真的方法针对不同的驱动频率研究了振幅距离曲线和行扫描曲线。结果证明不同的驱动频率对探针工作在引力域的促进作用不同,当选择高于共振频率且探针振幅下降到自由状态下共振振幅的30%时所对应的驱动频率附近,此时的驱动频率对引力域成像促进效果最好。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 引力域 驱动频率

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原子力显微镜在环境微生物成像中的条件研究 被引量：3

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作者 李冬梅 张金娜 +1 位作者 刘俊峰 施雪华 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2014年第7期81-83,85,共4页

以环境微生物中常见的反硝化菌株S作为模式菌株,研究了原子力显微镜观察菌株S的最适成像条件。结果表明,菌株S的最适扫描频率为0.5Hz,最适的积分常数/比例常数为0.6/0.8,最适的电压输出值为即时变量,应根据力曲线与反馈信号曲线的变化... 以环境微生物中常见的反硝化菌株S作为模式菌株,研究了原子力显微镜观察菌株S的最适成像条件。结果表明,菌株S的最适扫描频率为0.5Hz,最适的积分常数/比例常数为0.6/0.8,最适的电压输出值为即时变量,应根据力曲线与反馈信号曲线的变化进行即时调整,将二者趋于重合的电压值即为最适电压输出值。 展开更多

关键词 微生物成像 反硝化菌株 原子力显微镜 扫描频率 积分常数

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原子力显微镜探针选择及常见故障解决方法 被引量：2

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作者 陈科球 谢伟广 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2014年第7期19-22,52,共5页

基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜(AFM)可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究,它是纳米科技研究中一个重要工具。影响AFM测量图像质量的因素很多,如振幅参数、积分增益I、比例增益P、衰减增益和扫描速度等,... 基于针尖和样品之间的各种相互作用力,原子力显微镜(AFM)可用于样品表面形貌、摩擦力等各种物理特性的研究,它是纳米科技研究中一个重要工具。影响AFM测量图像质量的因素很多,如振幅参数、积分增益I、比例增益P、衰减增益和扫描速度等,而探针同样是提高样品表面形貌像成像质量的关键。通过采用控制变量法,并以均方根粗糙度Rq作为评判标准,用不同参数的探针测量同一样品。实验结果表明,探针的共振频率f、弹性系数k、曲率半径Rh等对测量样品粗糙度均有较大影响,可选择合适的探针,提高成像质量。同时,针对仪器使用中出现的一些常见现象及故障,作出了解释和解答。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 共振频率 弹性系数

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基于DDS的轻敲式原子力显微镜探针驱动方法研究 被引量：3

8

作者 黄强先 王祥 《工具技术》 2010年第5期103-106,共4页

以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定... 以DDS芯片AD9833为核心,以NI6229数据采集卡的数字I/O口模拟SPI总线控制AD9833,实现了1Hz到10MHz频率范围内连续正弦信号输出,分辨率达到10-5,最小步进1Hz。数据采集卡与DDS芯片AD9833的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。实验证明,此设计硬件电路结构简单,软件控制灵活,输出信号频率稳定,精确。 展开更多

关键词 AD9833 直接数字频率合成(DDS) 正弦信号 轻敲式原子力显微镜

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基于原子力显微镜的微桥机械特性测量

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作者 郑显义 陈环 +2 位作者 傅刚 曾荣耀 丁喜冬 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2012年第1期68-73,共6页

研究了基于原子力显微镜(AFM)的微桥机械特性的测量方法。通过微机电系统(MEMS)技术制备了可用静电力驱动进行机械振动的金属微桥。利用一套改进的商用AFM实验装置对测量方法进行了优化,并对微桥的共振频率进行了测量,所得实验结果与理... 研究了基于原子力显微镜(AFM)的微桥机械特性的测量方法。通过微机电系统(MEMS)技术制备了可用静电力驱动进行机械振动的金属微桥。利用一套改进的商用AFM实验装置对测量方法进行了优化,并对微桥的共振频率进行了测量,所得实验结果与理论估算和仿真计算的结果基本一致。基于AFM的微桥机械特性的测量具有精度高和容易实现的特点,可作为测量平台扩展用于薄膜材料或微量液体的内耗、粘弹等性质的表征。 展开更多

关键词 原子力显微镜 共振频率 微机电系统 微桥 机械特性

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多频率开尔文探针力显微镜的设计

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作者 何万贤 梁仲文 丁喜冬 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2015年第11期31-36,共6页

本文研究开尔文探针力显微镜(KPFM)中多频率方法的实现。KPFM中的多频率方法同时激发微悬臂探针的第一次和第二次的本征机械振动模式并分别用于样品形貌和表面电势成像。据此,本文设计了一种基于传统比例-积分控制器基本原理的模拟式反... 本文研究开尔文探针力显微镜(KPFM)中多频率方法的实现。KPFM中的多频率方法同时激发微悬臂探针的第一次和第二次的本征机械振动模式并分别用于样品形貌和表面电势成像。据此,本文设计了一种基于传统比例-积分控制器基本原理的模拟式反馈控制器,用以实现探针的调控。测试表明,该反馈控制器带宽可达约5 k Hz,并利用该反馈控制器研制出了多频率KPFM,其电势测量灵敏度优于5 m V。利用该多频率KPFM,对注入电荷后的介电薄膜样品进行测试,一次成像即可得到样品的形貌图及局域电势的二维分布图。该多频率KPFM技术可广泛应用于电子材料与器件的电特性表征。 展开更多

关键词 开尔文探针力显微镜 多频率 反馈 原子力显微镜

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温度变化对微梁谐振频率的影响 被引量：3

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作者 李艳宁 赵景 +4 位作者 郭彤 李英 房轩 傅星 胡小唐 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期7-10,共4页

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... 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. 展开更多

关键词 微梁 杨氏模量 谐振频率 灵敏度 原子力显微镜

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弱信号检测技术在电声扫描显微镜研制中的应用

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作者 殷庆瑞 惠森兴 +2 位作者 江福民 张慧静 王通 《数据采集与处理》 CSCD 1992年第S1期80-83,共4页

电声扫描显微镜是近年发展起来的一种新型检测成像工具。由于它的成像原理基于微观热学与弹性变化,因而它具有常规扫描显微镜无法比拟的优点:试样的非破坏性亚表面剖面成像。电声扫描显微镜也是高新技术结合的产物,它的产生也得力于弱... 电声扫描显微镜是近年发展起来的一种新型检测成像工具。由于它的成像原理基于微观热学与弹性变化,因而它具有常规扫描显微镜无法比拟的优点:试样的非破坏性亚表面剖面成像。电声扫描显微镜也是高新技术结合的产物,它的产生也得力于弱信号检测技术的发展。本文简要介绍了电声扫描电镜的工作原理、结构及其应用,侧重介绍了弱信号检测技术在该仪器研制中的应用。 展开更多

关键词 扫描显微镜 弱信号检测 亚表面 锁相放大器 工作原理 压电陶瓷传感器 声信号检测 频率稳定 二次电子像 调制系统

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激励频率对TM-AFM相位成像的影响 被引量：2

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作者 魏瑞华 彭安杰 +1 位作者 宾凤姣 魏征 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期665-670,共6页

相位成像是轻敲模式下原子力显微镜(tapping mode atomic force microscope,TM-AFM)最具有特色的成像方式。本文以获得高质量的相位像为主要研究目的,利用Euler-Bernoulli(欧拉-伯努利)梁方程,将系统动力学模型简化为基于支承运动的弹... 相位成像是轻敲模式下原子力显微镜(tapping mode atomic force microscope,TM-AFM)最具有特色的成像方式。本文以获得高质量的相位像为主要研究目的,利用Euler-Bernoulli(欧拉-伯努利)梁方程,将系统动力学模型简化为基于支承运动的弹簧谐振子模型,推导出相位与激励频率之间的关系。实验结果与理论分析一致,这一结论对于寻找TM-AFM操作中最合适的激励频率范围具有重要意义。 展开更多

关键词 原子力显微镜 轻敲模式 激励频率 相位成像 相位对比度

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眼镜、放大镜、显微镜及显微术

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《中国光学》 EI CAS 1997年第1期93-94,共2页

TH742 97010647液中测量型原子力显微镜的研究=The study onthe atomic force microscope(AFM)in liquid[刊,中]/刘庆纲,叶声华(天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室.天津(300072)),清野彗。

关键词 原子力显微镜 天津大学 激光扫描显微镜 固有频率 测试技术 力传感器 国家重点实验室 光子扫描隧道显微镜 精密工程 扫描探针显微技术

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微悬臂梁谐振技术检测溶液粘度的研究 被引量：2

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作者 李艳宁 唐洁 +2 位作者 饶志军 傅星 胡小唐 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第5期572-574,共3页

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测... 提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式,并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明,利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4%。这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法,也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应。 展开更多

关键词 粘度 微悬臂梁 谐振频率 原子力显微镜

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轻敲式AFM探针驱动方法研究

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作者 杨光 王作斌 宋正勋 《核电子学与探测技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期91-93,共3页

介绍了以DDS芯片AD9851为核心,通过Atmega16单片机I/O口模拟SPI总线控制AD9851,实现了1 Hz～60 MHz频率范围内连续正弦信号输出,最小步进0.04 Hz。单片机与DDS芯片AD9851的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。

关键词 正弦信号 直接数字频率合成 原子力显微镜

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铁电共聚物薄膜微畴的直接观测

17

作者 朱国栋 徐敬 李杰 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期365-369,共5页

采用原子力显然镜的力调制技术 ,首次成功获得了偏二氟与三氟乙烯铁电共聚物 (P(VDF/TrFE) )薄膜样品高弹性畴和低弹性畴的图像 ,发现高、低弹性畴难以用表面形貌测定来加以区分 .推测高弹性畴对应于P(VDF/TrFE)的晶畴 .借助Sneddon理... 采用原子力显然镜的力调制技术 ,首次成功获得了偏二氟与三氟乙烯铁电共聚物 (P(VDF/TrFE) )薄膜样品高弹性畴和低弹性畴的图像 ,发现高、低弹性畴难以用表面形貌测定来加以区分 .推测高弹性畴对应于P(VDF/TrFE)的晶畴 .借助Sneddon理论 ,由在高。 展开更多

关键词 偏二氟与三氟乙烯共聚物 原子力显微镜 力调制技术 高弹性畴 低弹性畴 Sneddon理论

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基于qPlus技术的AFM测头研究 被引量：3

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作者 王志新 高思田 +4 位作者 李东升 李琪 李适 李伟 施玉书 《计量学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期113-117,共5页

初步设计并组装了基于qPlus 技术的原子力显微镜（AFM）测头。使用石英音叉型力传感器替代了硅悬臂传感器,并设计了前置放大电路,研究了测头的频率特性,利用搭建的实验装置对测头的性能进行了测试。测试结果表明：该测头在频率调制（FM... 初步设计并组装了基于qPlus 技术的原子力显微镜（AFM）测头。使用石英音叉型力传感器替代了硅悬臂传感器,并设计了前置放大电路,研究了测头的频率特性,利用搭建的实验装置对测头的性能进行了测试。测试结果表明：该测头在频率调制（FM）模式下具有较高灵敏度。同时测头频率特性的研究显示探针及其粘接部位的质量是影响测头谐振频率的最主要因素。为qPlus-AFM测头的设计、组装及后续研究提供了经验和基础。 展开更多

关键词 计量学 qPlus技术 原子力显微镜 石英音叉 频率调制模式

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大气环境非接触调频AFM检测与控制平台设计及测试 被引量：3

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作者 许军 金晨 +3 位作者 王旭东 秦丽 温焕飞 马宗敏 《电子测量技术》 北大核心 2021年第11期163-168,共6页

为进一步提高大气环境调频非接触模式原子力显微镜(frequency modulated non-contact atomic force microscope)样品表面形貌表征能力。本文基于大气环境光路调节系统设计了高精度驱动位移调节装置,采用多块堆叠的切向压电陶瓷实现了sti... 为进一步提高大气环境调频非接触模式原子力显微镜(frequency modulated non-contact atomic force microscope)样品表面形貌表征能力。本文基于大气环境光路调节系统设计了高精度驱动位移调节装置,采用多块堆叠的切向压电陶瓷实现了stick-slip高精度驱动方式,调节精度达到了2.6nm/V,其精度高于常规步进电机,使得悬臂反射率达到26%。基于该高精度位移调节装置设计,系统实现了谐振频率检测与反馈,其中共振频率f0=158.73kHz,半高宽ω=373.2Hz,品质因数Q=564,系统最小检测灵敏度达到80mHz,系统电压噪声密度约为2.32μV/Hz,系统整体噪声为253.3fm/Hz。为表征样品形貌奠定了基础。 展开更多

关键词 调频非接触模式原子力显微镜(FM-NC-AFM) 光路调节 粘滑驱动 高精度位移调节 谐振频率检测

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基于FPGA的碳纳米管电特性测量

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作者 何斌 傅星 吴森 《电子测量技术》 2008年第7期192-195,共4页

碳纳米管的优良电特性受到了广泛的关注,本文介绍了一套能够实现对碳纳米管进行电特性测量的系统,其中包括:基于FPGA的DDS技术产生激励的原理设计的电路结构;AFM测量平台以及搭载碳纳米管的电极装置。该系统能够完成从碳纳米管的观测到... 碳纳米管的优良电特性受到了广泛的关注,本文介绍了一套能够实现对碳纳米管进行电特性测量的系统,其中包括:基于FPGA的DDS技术产生激励的原理设计的电路结构;AFM测量平台以及搭载碳纳米管的电极装置。该系统能够完成从碳纳米管的观测到测试,激励电路能够产生高精度任意波形;AFM能够观测并推动碳纳米管;电极能够实现对碳纳米管阻抗的测试和微型FET的测试。 展开更多

关键词 碳纳米管电特性 数字频率合成技术 现场可编程逻辑阵列 原子力显微镜

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