为了实现大范围纳米计量,研制了双成像单元原子力显微镜,采用光栅作参考样品,同时对光栅和被测样品扫描成像,得到两幅具有相同横向尺度的图像,通过计算参考光栅的周期数,就能精确测定被测样品图像的尺寸.提出了一种实现大范围扫描和纳米计量的新方法,利用步进电机交替移动XY扫描器,扫描获得一系列的光栅样品图像和被测样品图像对,通过拼接对应的序列图像,可获得两幅大范围的光栅图像和被测样品图像,计数参考图像中光栅的周期数,即可测定被测图像的尺度,实现对被测图像的大范围纳米计量.

研制了双成象单元扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）可同时对参考样品的原子晶格和被测样品扫描成象，计数原子晶格的数目，即可精确测定被测样品图象的尺度，以原子尺寸实现产格的纳米计算，本文介绍了成象单元的ＳＴＭ的原理和仪器系统，讨论原子尺纳米计量的可行性，给出了被测样品图象的米计量结果。

讨论了液相型原子力显微镜(AFM)的液相探头、液体池、图像扫描处理软件以及扫描与光电反馈控制电路系统.利用该液相型AFM分别进行了气相和液相环境中的样品表面形貌测量,给出了理想的图像结果.实验表明,该液相型AFM具有优良的液相扫描性能,同时保持了很高的图像分辨率、稳定性和重复性.

研制了一种基于压电陶瓷的惯性式微驱动器,其驱动电压直接由电子线路产生.介绍了微驱动器的工作原理和结构设计,测试了微驱动器的位移特性和动态响应性能.结果表明,在电压幅值20V～350V、频率20Hz～125Hz范围内,微驱动器可产生平稳和均匀的运动,平均步长在60nm～1502nm范围内连续可调,最大运动速度可达120μm/s.且驱动行程不受限制.给出了微驱动器在扫描隧道显微镜定位机构中的应用实例.

提出了一种基于压电陶瓷的新型冲击式微位移驱动器,该驱动器利用摩擦力和惯性原理使目标产生步进式的微位移.其特点是最小位移可达几纳米,并在几纳米至几微米之间连续可调,运动范围几乎不受限制,具有实用的运动速度,系统结构简单,操作与控制方便,因而可能在微纳米技术中得到广泛应用.阐述了该驱动器的工作原理和机构设计,给出了它在扫描隧道显微镜中用于探针-样品间的自动定位控制的应用实例,得到了理想的结果.

发展了一种气／液两用型原子力显微镜（AFM）系统，讨论了其工作原理，给出了优化的气／液两用型探头及扫描与反馈控制电路。利用该型AFM系统分别对大气环境下的硅片以及液体环境下的刀片和多孔氧化铝样品进行了扫描检测。实验结果表明，该型AFM系统在大气和液体环境中均可扫描获得理想的AFM图像，分辨力达到纳米量级，扫描范围可达4000nm×4000nm，可满足各种微纳米扫描测量的要求。

研制了一种新的压电陶瓷驱动的铰链放大式微动工作台.介绍了该微动工作台的基本原理,利用原子力显微镜技术测定了压电陶瓷与铰链放大臂的微位移和微振动,确定了铰链机构的放大比及微动工作台的时间响应频率.结果表明,该微动工作台能以0.5μm～5μm的步长实现平稳的微位移,最大速度达到250μm/s.

研制了一种大扫描范围原子力显微镜(AFM).设计了新的扫描驱动电路,使单幅图像的扫描范围大幅度提高;用步进电机和扫描器配合扫描,得到序列图像,序列图像拼接后获得大范围样品图像.实验结果表明,采用这一方法,在±150V的电压驱动下,AFM的扫描范围可增大到10 μm-1 mm的量级,同时保持1 nm量级的测试分辨力.

设计了一种用热拉伸法制备毛细管微探针的新装置，可制作尖端内外径从亚微米量级至数十微米量级的毛细管微探针，介绍了微探针在细胞人工授精操作中的应用实例，并提出了一种基于扫描隧道显微手术与电化学技术，利用微探针进行了集成电路微细加工的新方法。

文中阐述了基于自行研制的原子力显微镜(AFM)的纳米刻蚀加工方法,研究了针尖上的载荷大小和扫描次数对加工深度的影响,利用AFM的微探针在氧化铝(Al2O3)材料表面加工出纳米结构,验证了该加工方法的可行性.实验结果表明基于AFM的纳米刻蚀技术可作为加工纳米器件的重要手段.