利用原子力显微镜对聚焦离子束刻蚀技术制备的不同纵横比的氮化硅纳米梁结构进行了弯曲测试，并讨论了一种标定原子力显微镜微悬臂梁弹簧常数的方法．实验中严格界定了欧拉细长梁的条件，在分析了纳米梁组纵横比对测试结果影响的基础上，讨论了如何修正弯曲测试结果．弯曲测试得到了纳米梁的平面模数，并进一步推算氮化硅材料的杨氏模量．测试结果验证了基于原子力显微镜系统的弯曲方法测试纳米薄膜材料杨氏模量的可行性．

以硅为探针、带有自然氧化物的硅（100）晶面为基底样品，利用原子力显微镜研究了探针扫描速度对于单个微凸体系统中摩擦力的影响．首先，利用热噪声标定法测量出硅悬臂梁的法向弹簧常数和法向灵敏度；然后，利用改进的楔形校准法，通过扫描三角光栅得出侧向灵敏度；最后，测量出扫描区域为15μm×15μm、正压力为－5－10nN、扫描速度为2．5－1000μm／s下的摩擦力．实验结果表明，不同速度下摩擦力随正压力的增加呈近似线性增加，服从经典库仑定律．当扫描速度小于40μm／s时，速度增加所导致的摩擦力的增加不明显；当扫描速度大于40μm／s时，速度增加则引起摩擦力急剧增加．该结果与热激发的Tomlinson模型的计算结果吻合．

采用原子力显微镜测试了微悬臂梁构件的弯曲变形规律.发现构件的弹性支撑是试验数据和理论计算出现误差的主要原因.引入支撑扭转等效刚度对探针-样品等效刚度计算公式进行修正.修正结果对大有效长度的构件与实测结果吻合良好.对短有效长度微悬臂梁,其误差原因主要为支撑的影响以及测试探针的大变形,论文进一步提出研究的建议.

结合原子力显微镜实验及分子动力学模拟,研究刻蚀加工机理,分析了针尖弹性模量、几何形状、磨损等工具因素,刻蚀力、进给量、加工速度等工艺因素,加工材料性质、表面质量等工件因素对加工的影响及作用机理。

为轻敲模式原子力显微镜设计了一种激励方式,在带有状态反馈的轻敲模式原子力显微镜基础上,除去原有的外加激励信号而引入一个自动增益控制环节,用于维持状态反馈信号的幅度恒定,并将此信号作为悬臂振动的激励信号。该激励方式即为状态激励,用于轻敲模式时可称为状态激励轻敲模式原子力显微镜。采用Matlab/Simulink工具实现了对状态激励轻敲模式原子力显微镜系统的建模和数值仿真,起振曲线证明了状态激励信号能够驱动悬臂振动并调整其工作频率;逼近曲线、线扫描曲线等典型功能仿真实验证明了状态激励方式能够成功地应用于轻敲模式成像。