题名 | 基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工研究 |
作者 | 焦念东 |
答辩日期 | 2008-05-17 |
文献子类 | 博士 |
授予单位 | 中国科学院沈阳自动化研究所 |
授予地点 | 沈阳 |
导师 | 王越超 |
关键词 | 原子力显微镜(Afm) 纳米操作 纳米加工 电场氧化 |
学位名称 | 博士 |
其他题名 | Research on Mechanical Force and Electric Field Assisted AFM Nanomanipulation/Nanofabrication |
学位专业 | 模式识别与智能系统 |
英文摘要 | 纳米技术是在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用,以及利用这些特性的多学科交叉的新兴科学技术。纳米加工技术是对纳米技术的重要应用,它使人类在纳米尺度上进行结构和器件的制造成为可能。基于原子力显微镜(AFM)的纳米加工是近20年来发展的技术,由于AFM具有许多新颖的技术特点(如高分辨率,可操控等),因而基于AFM的纳米加工技术成为纳米科学研究的新热点。本论文以纳米制造为背景,围绕基于AFM的纳米加工技术所涉及的科学问题,重点开展了基于机械力的AFM纳米操作和基于电场的AFM纳米加工的理论方法和实现技术研究。在这些研究的基础上,开展了基于纳观机械力的刻划、纳米颗粒的排列、碳纳米管的装配实验研究,开展了基于微观电场的氧化点、氧化线、氧化文字的加工实验研究,以及微观电场氧化切割、焊接加工方法的研究。本文的主要内容包括:交互式纳米操作系统的构建,基于机械力的AFM纳米操作研究,基于电场的AFM纳米加工研究,基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工实验研究。具体如下:在商用AFM的基础上,研究并搭建了具有力觉与视觉反馈的交互式纳米操作系统。通过该系统操作者可以实时感觉到操作中作用在AFM针尖的纳观力并控制针尖的运动,还可以实时观察到模拟出的针尖操作过程,因而显著提高了纳米操作的直观性、可靠性及效率。在基于机械力的AFM纳米操作研究方面,为了理解纳观环境下普遍存在的黏附力特性,对AFM的力曲线进行了分析并给出了详细解释;通过研究探针悬臂的形变,提出了探针所受三维作用力的建模方法,以此模型获得了操作中的纳观力信息;基于多刚体动力学理论提出了碳纳米管的二连杆动力学建模方法,并对碳纳米管在操作中的弯曲特性进行了仿真分析。这些研究为基于机械力的AFM纳米操作提供了理论指导。在基于电场的AFM纳米加工方面,研究了微观电场在样本表面的分布,建立了电场氧化加工中电场分布模型,以此模型分析了氧化物特性与电场分布的关系;对氧化加工中氧化物生长过程进行了动力学分析,得到了氧化物生长的理论模型;系统地研究了氧化加工中各因素(偏压,加工速度,针尖-样本距离等)对氧化结构生成的影响,总结了氧化物的生成与各因素的关系,验证了理论分析的结果,提高了电场氧化加工的重复性及可控性。这些研究为基于电场的AFM纳米加工提供了理论及实验依据。在基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工理论研究的基础上,进行了相关的实验研究。通过基于机械力的AFM纳米操作方法实现了在样本表面刻划文字,纳米颗粒的排列,碳纳米管的操作及装配;通过基于电场的AFM纳米加工方法实现了在样本表面加工氧化点,氧化线及氧化文字等纳米结构。利用电场氧化加工方法还实现了对碳纳米管的定点切割与焊接,拓展了AFM纳米加工的应用领域。这些实验研究验证了系统的操作及装配性能,证明了电场加工的有效性及具有潜在的应用前景。 本文的研究工作为制造纳米结构、纳米器件提供了一条可行的技术途径,对AFM纳米加工技术的进一步发展具有一定的理论参考及实践指导意义。 |
语种 | 中文 |
产权排序 | 1 |
公开日期 | 2010-11-29 |
页码 | 107页 |
分类号 | TB383 |
内容类型 | 学位论文 |
源URL | [http://210.72.131.170//handle/173321/285] |
专题 | 沈阳自动化研究所_机器人学研究室 |
推荐引用方式 GB/T 7714 | 焦念东. 基于机械力与电场的AFM纳米操作/加工研究[D]. 沈阳. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2008. |
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