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qPlus传感器的制备和振动特性研究
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作者 范以恒 《科技与创新》 2025年第3期98-101,共4页
为了研究用于大幅度提升原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)分辨率和灵敏度的qPlus型高品质因子力传感器,基于控制针尖与样品表面距离恒定的反馈系统,设计了3种qPlus传感器的制备方案与其振动特性的实验。首先简要介绍了原子力... 为了研究用于大幅度提升原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)分辨率和灵敏度的qPlus型高品质因子力传感器,基于控制针尖与样品表面距离恒定的反馈系统,设计了3种qPlus传感器的制备方案与其振动特性的实验。首先简要介绍了原子力显微镜的基本原理、主要工作模式和qPlus型原子力显微镜的优势,然后重点描述了qPlus传感器的制备工艺与其品质因子的测量和振动特性的研究。结果表明,选择不同的制备方案对于qPlus传感器的振动特性影响较大。其中,参与振动的音叉部分越大,传感器的品质因子往往越高。 展开更多
关键词 qplus传感器 品质因子 原子力显微镜 振动特性
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qPlus型非接触原子力显微技术进展及前沿应用 被引量:3
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作者 刘梦溪 李世超 +1 位作者 查泽奇 裘晓辉 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2017年第1期183-197,共15页
原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。... 原子力显微镜(AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力获得样品表面的结构信息。基于qPlus传感器的非接触原子力显微镜(NC-AFM)在传统AFM的基础上进一步提升了空间分辨率,为研究表面物理和化学过程提供了一种新的成像和谱学研究技术。本文首先介绍NC-AFM的基本构造、高分辨成像机制和力谱测量等工作原理,总结了近年来NC-AFM在表面在位化学反应、低维材料表征和表面电荷分布测量等方面的应用,探讨了NC-AFM技术的发展与完善,展望了NC-AFM面临的机遇和挑战。 展开更多
关键词 非接触原子力显微技术 qplus传感器 高分辨成像 力谱测量 开尔文探针力显微技术
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用于原子力显微镜的qPlus探针的扫描电镜表征 被引量:2
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作者 谢宇辰 陈科蓓 +6 位作者 刘争晖 陈家凡 钟海舰 张春玉 宋文涛 徐耿钊 徐科 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期264-269,共6页
基于q Plus探针的原子力显微镜有更高的空间分辨率,但其工作原理有别于传统的悬臂梁探针,结构也更加复杂,其探针尖端机械振动的振幅和方向是影响实验结果的核心问题。通常通过锁相放大器直接测量到的是来自音叉的压电电流,而不是针尖的... 基于q Plus探针的原子力显微镜有更高的空间分辨率,但其工作原理有别于传统的悬臂梁探针,结构也更加复杂,其探针尖端机械振动的振幅和方向是影响实验结果的核心问题。通常通过锁相放大器直接测量到的是来自音叉的压电电流,而不是针尖的机械振动本身。本文提出了一种借助扫描电子显微镜在实空间实时观测q Plus探针振动状态的方法,在实验上得到了在压电陶瓷激励下,探针尖端振动的方向和振幅等要素,针尖振幅与激励电压呈线性关系,针尖机械振动的共振频率与压电电流的共振频率一致,符合理论预期;然而实验观察到的振动方向却接近于水平方向。本文的研究结果对优化q Plus探针结构,提升性能提供了参考。 展开更多
关键词 qplus探针 扫描电子显微镜 动态观察
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Qplus传感器工艺误差影响的仿真分析 被引量:2
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作者 李磊 张明烨 +3 位作者 冷兴龙 张凌云 夏洋 刘涛 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2022年第10期5-9,共5页
为了探究微纳加工中的工艺误差对Qplus传感器性能指标的影响,采用基于COMSOL的多物理场有限元数值分析方法建立了包含工艺误差的Qplus传感器仿真模型,评估了湿法刻蚀后侧壁产生的晶棱、双面光刻对准偏差等典型工艺误差对传感器本征频率... 为了探究微纳加工中的工艺误差对Qplus传感器性能指标的影响,采用基于COMSOL的多物理场有限元数值分析方法建立了包含工艺误差的Qplus传感器仿真模型,评估了湿法刻蚀后侧壁产生的晶棱、双面光刻对准偏差等典型工艺误差对传感器本征频率、弹性系数以及品质因子的影响,并将仿真结果与实测值进行了对比,验证了仿真方法的准确性。结果表明:传感器的弹性系数及本征频率会因为湿法刻蚀后侧壁产生的晶棱明显提高,品质因子受工艺误差影响较小,变化幅度小于10%。分析方法有助于Qplus传感器的设计优化,使制备出的传感器性能参数更接近于预期设计值,同时为其他基于石英的MEMS传感器的仿真设计提供借鉴。 展开更多
关键词 qplus传感器 微电子机械系统 工艺误差 有限元仿真 石英单晶 原子力显微镜
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基于qPlus探针的扫描头进针控制系统
5
作者 谢宇辰 张弛 +1 位作者 林凯 刘源 《信息通信》 2020年第1期117-118,共2页
基于qPlus探针的原子力显微镜具有更高的空间分辨率,工作原理有别于传统原子力显微镜的悬臂梁探针,其扫描头的准确进针是保证原子力显微镜测量结果的重要步骤。文章通过LabVIEW控制扫描压电陶瓷运动,并对扫描头的环境噪声和电学噪声进... 基于qPlus探针的原子力显微镜具有更高的空间分辨率,工作原理有别于传统原子力显微镜的悬臂梁探针,其扫描头的准确进针是保证原子力显微镜测量结果的重要步骤。文章通过LabVIEW控制扫描压电陶瓷运动,并对扫描头的环境噪声和电学噪声进行分析,证实了qPlus探针尖端的振动状态会影响针尖接近表面的稳定性,通过优化进针程序,得到了稳定的进针结果,本文的进针控制系统对优化qPlus探针扫描头结构提供了参考。 展开更多
关键词 qplus 原子力显微镜 进针控制
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基于qPlus技术的扫描探针显微学研究进展 被引量:5
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作者 陈鹏程 仉君 +2 位作者 袁秉凯 程志海 裘晓辉 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第24期2360-2366,共7页
不同于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM),原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)主要通过探测针尖和样品间的相互作用力获得样品表面信息,不需要导电的样品,可以研究比STM更为广泛的样品体系,自发明以来迅速成... 不同于扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,STM),原子力显微镜(atomic force microscope,AFM)主要通过探测针尖和样品间的相互作用力获得样品表面信息,不需要导电的样品,可以研究比STM更为广泛的样品体系,自发明以来迅速成为基础科学和应用研究领域中一种强有力的工具.近几年发展起来的基于qPlus技术的非接触式原子力显微镜(qPlus-noncontact AFM,qPlus-NC-AFM),通过关键部件原子力传感器的改进,进一步拓展了原子力显微镜的探测能力,从而在许多研究方向上取得了重要突破.本文介绍了qPlus-AFM的基本工作原理及其在基础科学研究领域中的最新研究进展,并对其进一步的发展进行了展望. 展开更多
关键词 扫描探针显微镜 原子力显微镜 非接触原子力显微镜 qplus探针技术 音叉型原子力传感器
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qPlus型原子力显微镜技术 被引量:2
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作者 彭金波 江颖 《物理》 CAS 北大核心 2023年第3期186-195,共10页
扫描探针显微镜主要包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜,其利用尖锐的针尖逐点扫描样品,可在原子和分子尺度上获取表面的形貌和丰富的物性,改变了人们对物质的研究范式和基础认知。近年来,qPlus型高品质因子力传感器的出现将扫描探针显... 扫描探针显微镜主要包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜,其利用尖锐的针尖逐点扫描样品,可在原子和分子尺度上获取表面的形貌和丰富的物性,改变了人们对物质的研究范式和基础认知。近年来,qPlus型高品质因子力传感器的出现将扫描探针显微镜的分辨率和灵敏度推向了一个新的水平,为化学结构、电荷态、电子态、自旋态等多自由度的精密探测和操控提供了前所未有的机会。文章首先简要介绍原子力显微镜的发展历史和基本工作原理,然后重点描述qPlus型原子力显微镜技术的优势及其在单原子、单分子和低维材料体系中的应用,最后展望该技术的未来发展趋势和潜在应用。 展开更多
关键词 扫描探针显微镜 原子力显微镜 qplus力传感器 高分辨成像 原子分辨
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从“滑”到“超滑”:原子尺度上冰的润滑行为
8
作者 洪嘉妮 赵正朴 +1 位作者 田野 江颖 《物理》 北大核心 2025年第4期266-272,共7页
为什么冰面如此光滑,这一问题困扰科学家已逾百年。文章利用高分辨率qPlus型扫描探针显微镜,在原子尺度上解析了自然界最常见的六角冰表面结构,首次揭示其表面由六角密堆积与立方密堆积纳米晶畴交替有序排列,形成一种长程有序的周期性... 为什么冰面如此光滑,这一问题困扰科学家已逾百年。文章利用高分辨率qPlus型扫描探针显微镜,在原子尺度上解析了自然界最常见的六角冰表面结构,首次揭示其表面由六角密堆积与立方密堆积纳米晶畴交替有序排列,形成一种长程有序的周期性超结构。这些由缺陷组成的晶畴边界显著促进了冰表面的局部预融化,使其在低至-153℃的温度下即开始融化,表现出润滑行为。进一步地将体相六角冰“压缩”至二维极限,在石墨烯和氮化硼表面构建出二维六角冰,结果发现二维冰与石墨烯衬底呈不公度关系,并表现出摩擦系数低于0.01的超润滑特性,而在公度匹配的氮化硼衬底上则呈现传统摩擦行为,这是低维受限水输运中结构超润滑的首个实验证据。 展开更多
关键词 qplus 型扫描探针显微镜 六角冰表面 预融化 二维冰 超润滑
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原子分辨显微分析技术研究进展 被引量:6
9
作者 袁秉凯 陈鹏程 +3 位作者 仉君 程志海 裘晓辉 王琛 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2013年第7期1370-1384,共15页
非接触原子力显微技术(NC-AFM)近年来发展迅速.NC-AFM对单个分子的成像和谱学实现了原子分辨和单个化学键分辨.NC-AFM自身功能的拓展及其与不同探针技术的联用将为材料、物理、化学和生命科学有关的研究提供崭新的思路.本文首先介绍NC-... 非接触原子力显微技术(NC-AFM)近年来发展迅速.NC-AFM对单个分子的成像和谱学实现了原子分辨和单个化学键分辨.NC-AFM自身功能的拓展及其与不同探针技术的联用将为材料、物理、化学和生命科学有关的研究提供崭新的思路.本文首先介绍NC-AFM和qPlus传感器的基本原理,然后讨论原子尺度的相互作用力和短程力的精确测量,总结近年来NC-AFM在原子尺度的化学结构成像、化学识别、电子结构性质分析以及原子操纵技术中的研究进展,并讨论了开尔文探针力显微技术(KPFM)在局域接触势差(LCPD)测量方面的应用.最后展望了NC-AFM面临的挑战和发展机遇. 展开更多
关键词 扫描探针显微技术 非接触原子力显微技术 qplus传感器 化学识别 原子操纵 电子结构 开尔文探针力显微技术
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Ir(111)表面石墨烯中缺陷的原子结构确认
10
作者 李世超 刘梦溪 裘晓辉 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期49-55,共7页
识别和解析石墨烯中缺陷的精确原子结构是研究不同类型缺陷的物化特性,实现石墨烯物性调控的前提,可以为在原子尺度研究石墨烯缺陷的构效关系提供重要的实验依据.本文结合扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)确认了在Ir(111)表面生... 识别和解析石墨烯中缺陷的精确原子结构是研究不同类型缺陷的物化特性,实现石墨烯物性调控的前提,可以为在原子尺度研究石墨烯缺陷的构效关系提供重要的实验依据.本文结合扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)确认了在Ir(111)表面生长的石墨烯中自发形成的缺陷,以及通过离子轰击方法在石墨烯中引入的多种缺陷结构,包括单空位缺陷、非六元环拓扑结构以及石墨烯层下的基底缺陷. 展开更多
关键词 扫描隧道显微镜 qplus原子力显微镜 石墨烯 缺陷 空位 铱(111)表面
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基于原子力显微技术的分子间相互作用的实空间观测研究 被引量:2
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作者 裘晓辉 程志海 季威 《中国科学基金》 CSSCI CSCD 北大核心 2013年第6期370-372,共3页
先进的纳米表征技术有力地推动了对微观物质世界的研究和探索。例如,扫描探针显微分析技术,尤其是扫描隧道显微术(Scanning Tunneling Microscopy, STM)和原子力显微术( Atomic Force Microscopy, AFM)赋予了科研人员在实空间看见... 先进的纳米表征技术有力地推动了对微观物质世界的研究和探索。例如,扫描探针显微分析技术,尤其是扫描隧道显微术(Scanning Tunneling Microscopy, STM)和原子力显微术( Atomic Force Microscopy, AFM)赋予了科研人员在实空间看见Microscopy,AFM)赋予了科研人员在实空间看见原子和分子的能力,逐渐成为在原子和分子尺度对材料结构和性质研究的一种关键实验方法。 展开更多
关键词 非接触式原子力显微术 qplus型力传感器 分子间相互作用 氢键
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非接触式原子力显微镜在分子几何结构解析中的应用进展 被引量:1
12
作者 金珍 张慧 +2 位作者 马泓冰 张海明 迟力峰 《化学通报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期769-774,共6页
具有化学键分辨的非接触式原子力显微(nc-AFM)表征展现出了优异的分子结构解析能力,是近十年来显微表征领域里的代表性进展,成为表面分子相关研究的重要工具。本文首先介绍了化学键分辨的非接触式原子力显微镜的核心部件:qPlus传感器,... 具有化学键分辨的非接触式原子力显微(nc-AFM)表征展现出了优异的分子结构解析能力,是近十年来显微表征领域里的代表性进展,成为表面分子相关研究的重要工具。本文首先介绍了化学键分辨的非接触式原子力显微镜的核心部件:qPlus传感器,以及实现化学键分辨所必须的针尖修饰技术;围绕该表征方法在分子几何结构成像上的功能,重点介绍了nc-AFM在天然产物结构确定以及表面在位反应研究上的最新进展。 展开更多
关键词 非接触式原子力显微术 qplus传感器 化学键分辨图 表面在位反应
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Cu(110)表面水团簇亚分子级成像的原子力显微镜研究
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作者 张晨 刘童 +1 位作者 曹端云 郭静 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期940-946,共7页
水–固界面在日常生活及诸多科学技术领域发挥着至关重要的作用,如冰的成核生长、腐蚀、润滑、多相催化以及电化学等.理解表界面水的氢键构型以及动力学过程是关键.然而,金属表面弱相互作用的水团簇容易受到扰动,其原子尺度的实空间成... 水–固界面在日常生活及诸多科学技术领域发挥着至关重要的作用,如冰的成核生长、腐蚀、润滑、多相催化以及电化学等.理解表界面水的氢键构型以及动力学过程是关键.然而,金属表面弱相互作用的水团簇容易受到扰动,其原子尺度的实空间成像仍是一项技术挑战.本文利用qPlus型原子力显微镜的非侵扰式成像技术,获得了Cu(110)表面水团簇的亚分子级成像,识别了内部氢键网络以及OH的取向.研究发现Cu(110)表面上的水团簇以四元环、五元环为主,同时还存在由四元环、五元环外延出的五聚体和六聚体等构型.此外,六聚体存在三种亚稳态,它们能量相近,在针尖的作用下会发生相互转换. 展开更多
关键词 水–固界面 水团簇 qplus原子力显微镜 亚分子级成像
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