基于原子力显微镜（AFM）和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统。通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线。利用该系统，对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验，用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪（Tribolndenter）做了验证试验。实验结果表明，该系统适合测量较软材料的纳米硬度。分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响，在薄膜厚度低于5～10倍压人深度时，基体对薄膜材料的力学性能影响很大；并根据获得的载荷-压深曲线分析得出由于尺度效应的影响，随着压痕深度的减小，薄膜的硬度值呈明显的上升趋势，弹性模量没有这个趋势。

在分析了原子力显微镜(AFM)探针在测量及加工领域应用过程中,探针磨损对于实验结果的影响的基础上,综述了Si3N4针尖、金刚石针尖和单晶硅针尖的磨损机理。并展望了探针磨损机理的发展趋势。

为了解决商业原子力显微镜（AFM）系统刻划软件本身在刻划实验时不能够实时提供水平摩擦力信号以及不能够在刻划过程中改变载荷的缺点，开发了一套基于单片机的辅助控制模块．该模块可以实现高精度的数据输入和输出，并通过AFM系统提供的信号接口模块及高精度工作台可以实时地测量水平摩擦力信号和在刻划过程中改变垂直栽荷．采用两种不同样品表面——机械加工产生的二氧化硅表面和重氮盐自组装膜表面进行刻划实验．变载荷和恒定载荷的刻划实验结果表明：该系统可以实现水平摩擦力的实时检测及垂直载荷的变化施加．实验数据能够反映不同表面间的摩擦特性的差别，并且与前人分析结果一致多列刻划实验表明采用该刻划系统，可以实现在较大范围内的阵列刻划.

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...

为了探索在纳米尺度加工微纳米结构，MEMS／NEMS器件的新的加工方法，采用基于AFM改造的微加工系统，研究了探针机械刻划机理，分析了工作台的定位精度，AFM的工作模式，探针形状等因素的影响．以复杂字体“哈工大”为例说明了微纳米结构轮廓坐标的获得，并加工了实例．同时还给出了齿轮形状，各种复杂二维结构的加工实例．结果表明采用AFM探针机械刻划技术可以应用在微纳米尺度结构的加工领域．