银纳米线是制作纳米光电子器件的理想材料,了解银纳米线与特定衬底间的摩擦特性对于器件的设计和制备工艺具有重要参考价值。本文利用原子力显微镜(AFM)研究银纳米线与二氧化硅衬底表面的摩擦特性,为提高摩擦力测量准确性,依次借助斜面法和横向力曲线分别标定了AFM探针的扭转弹性常数和光杠杆横向灵敏度,同时对扫描器引入的横向误差进行了补偿。利用AFM纳米操纵技术记录了单根银纳米线由静止到整体滑动的全过程,实验测得直径50 nm银纳米线与二氧化硅衬底表面的最大静摩擦线密度和滑动摩擦线密度分别为1.07n N/nm和0.56 n N/nm。
为了提高原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的成像速度,本文提出了一种新的AFM结构设计方案并搭建了相应的实验系统。在该方案中,Y、Z扫描器集成于测头内驱动探针进行慢轴扫描和形貌反馈;X扫描器与测头分离,驱动样品做快轴扫描。X扫描器采用高刚性的独立一维纳米位移台,能够承载尺寸和质量较大的样品高速往复运动而不易发生共振;同时Z扫描器的载荷实现最小化,固有频率得以显著提高。为了避免测头的扫描运动引起检测光束与探针相对位置的偏差,设计了一种随动式光杠杆光路;为了便于装卸探针以及精确调整激光在探针上的反射位置,设计了基于磁力的探针固定装置和相应的光路调节方案。对所搭建的AFM系统的初步测试结果表明,该系统在采用三角波驱动和简单PID控制算法的情况下,可搭载尺寸达数厘米且质量超过10g的较大样品实现13μm×13μm范围50Hz行频的高速成像。
