微观表面力测量技术已经成为研究微观界面物理、纳米材料和纳米机械学等领域的重要手段,本文介绍了利用原子力显微镜(AFM)进行固体表面长程粘着力的测量,并分析了在大气条件下,不同湿度对表面粘着力的影响.

用原子力显微镜(AFM)纳米压痕方法结合扫描力显微镜技术,表征类金刚石(DLC)膜,金块Au,单晶硅Si的纳米硬度.用能量密度理论解释基于AFM压痕技术测定纳米硬度的机理,给出AFM纳米压痕的能量平衡方程.对DLC膜,金块,单晶硅进行纳米压痕试验,表明在同样载荷下,不同材料的压痕深度是不相同的.DLC膜具有较高的抗压性能,Si其次,Au的抗压性能最低.通过曲线拟合技术,定量给出金块的纳米硬度分析模型:H=(2.83/Df)+2.86.

扫描探针显微镜（SPM）作为一种广泛应用的表面表征工具,不仅可以表征三维形貌,还能定量地研究表面的粗糙度、孔径大小和分布及颗粒尺寸,在许多学科均可发挥作用.以纳米材料为主要研究对象,综述了国外最新的几种扫描探针显微表征技术,包括扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）和近场扫描光学显微镜（SNOM）等方法,展示了这几种技术在纳米材料的结构和性能方面的应用.

为了扩大原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）使用范围,研制了一套大范围高速AFM系统。针对大范围高速扫描时Z方向控制问题,提出了前馈反馈混合控制方法。前馈控制包括自动调平前馈和基于前一行扫描前馈,前者通过多线扫描确定样品倾斜位置,将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,然后将其换算为Z向驱动电压后驱动下扫描器运动;后者利用前一行扫描高度数据作为当前行Z向扫描器驱动的参考输入。反馈控制为在普通比例-积分（PI）控制基础上改进的动态P参数PI控制,P参数设置与误差大小有关。实验结果表明：采用本控制方法最大控制误差由40.17nm减小为6.01nm,误差均方根值由22.85nm减小为2.01nm,明显抑制了误差信号,提高了Z向控制效果,获得了更精确的高度图像。

构建了一种可快速大面积测量光栅表面微结构的原子力显微镜（AFM）系统,研究了不同扫描模式下扫描速度对测量结果的影响。分别测量了微悬臂探针在恒高模式与恒力模式下的频谱,获得了这两种模式下微悬臂探针的有效带宽。基于恒高模式与恒力模式,在不同扫描速度下分别测量了光栅微结构表面上的一条直线与一个圆周,进而分析了扫描速度对测量结果的影响。基于该AFM系统,采用恒高模式下不失真扫描速度对光栅微结构表面进行了快速、大面积三维形貌测量实验。实验结果表明：测量光栅微结构表面上直径为4.0mm的圆形区域所用时间仅为40s。当扫描速度不超过微悬臂探针有效带宽所对应的速度时,所构建的AFM系统可无失真地实现微结构表面的快速、大面积测量。

根据针尖的形状和各项参数进行了TMX2000型原子力显微镜载荷、粘附力、法向力、横向力及其摩擦力的标定.其标定结果为:载荷Fl=0.073×(Ilm-Il0)/Sn×N·m-1 ,横向力Ft=0.156×It/Sn×N·m-1,摩擦力Ff=0.078×(It+-It-)/Sn×N·m-1

在Si（100）基片上制备了十八烷基三氯硅烷（OTS）分子润滑膜，并用原子力显微镜（AFM）对比研究了施加OTS膜前后的硅表面的粘附、摩擦磨损性能。试验考虑了相对湿度和扫描速度对粘附、摩擦性能的影响。结果表明，相对于硅构件来讲，OTS膜表面粘附力较小，具有较小的摩擦因数，呈现较好的润滑性能；硅构件受湿度变化的影响比OTS膜明显。微构件的摩擦性能由于水合化学作用生成Si（OH）。润滑膜，使得其受相互间运动速度影响很大。OTS膜不仅是一种耐磨性较好的润滑膜，而且有良好的稳定性。

利用原子力显微镜在纳米尺度上观察了光盘（CD）和数字通用光盘（DVD）的表面微观结构，对沟槽间距、摆动幅度等参数进行了测量，进而就这些参数对存储性能的影响进行了分析。实验结果显示：CD-R和DVD-R光盘上以连续的沟槽取代坑，并组成螺旋状的轨道，DVD-R光盘的信息存储密度更大。光盘轨道间距的变化范围是摆动幅度的4倍。写入后，沟槽的深度明显变深。实验结果同时表明，利用AFM能直接测量光盘上信息位的形貌参数，进而找出影响光盘质量的直接因素。

为解决采用原子力显微镜（AFM）系统进行纳米机械性能测试中存在的不能够直接获得载荷-压深曲线以及不能够随意改变加载、保载、卸载时间等问题，对AFM系统进行了改造，开发了一套基于单片机的信号输入输出模块。将该模块与AFM控制系统相联，形成新的纳米机械性能测试系统。该系统信号输出精度为0．15mV，信号采集精度为0．3mV，工作台的移动灵敏度为1．53nm，可以动态改变垂直载荷，并实时获得载荷-压深曲线。通过单片机设置模拟信号的输出速率可以实现加载、保载和卸载速率的改变；结合二维微动精密工作台，可以实现较大范围内高精度的点阵压痕测试。通过在聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷等材料表面进行实验测试表明：该系统可以高速高精度地测量样品的纳米机械性能参数，包括对样品进行纳米压痕测试和对样品的纯弹性变形过程进行检...

SPM通用平台是一套扫描探针显微镜开发工具系统,它提供了一种开发生产SPM新的思路和方法,使SPM成为通用、开放、兼容的仪器体系.本文介绍了SPM通用平台的原理、指标和在其上扩展扫描隧道显微镜、原子力显微镜等功能模块的方法,以及智能型SPM通用平台的研究思路.希望与相关领域的专家开展合作.