基于扫描探针理论，本文介绍了一种超精神加工金刚石刀具刃口锋锐轮廓的测量方法，给出了测量图象并分析了测量结果，首次对金刚石刀具刃口轮廓参数进行了ＡＦＭ扫描原理下的初步评定。这一方法可提高金刚石刀具刃口锋锐度的测量准确度，对进一步分析刃口参数如何影响超精密加工表面质量具有指导意义。

结合流体中微悬臂梁振动频率响应的理论模型,通过实验、理论计算和基于流固耦合的有限元仿真3种方法,分析了在空气和去离子水中不同结构、尺寸的微悬臂梁的谐振频率、品质因子以及幅频响应曲线,并对3种方法得到的结果进行了对比.结果显示,空气中各种方法得到的谐振频率较为吻合,相对于实验值的偏差在1%以内.去离子水中,梁谐振频率的理论值和仿真值基本一致,而实验值则较大,前两者相对于实验值的偏差在13.9%～27.3%之间;对于品质因子,理论值和仿真值依然较一致,但相对于实验值出现较大偏差,最大达70.5%.分析表明,对于液体环境下压电陶瓷激励的微悬臂梁,频率响应曲线中干扰峰的存在会严重影响微悬臂梁品质因子的准确测量.微悬臂梁动态特性的研究对基于微悬臂梁的传感器的设计优化和液相原子力显微术的应用具有一定意义.

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.

着重介绍原子力显微镜力传感器的要求和力传感器设计的有关问题，并提供一种用图表设计结构尺寸的方法。

为了进一步扩大原子力显微镜（AFM）的应用范围,研制出一套大范围高速AFM系统。该系统采用上、下两个扫描器,上扫描器负责Z方向闭环控制的动态响应,下扫描器负责X、Y方向平面扫描及Z方向补偿控制。针对样品放置倾斜对大范围扫描成像的影响,提出基于多线扫描的样品自动调平控制技术。首先通过多线扫描确定样品倾斜位置,然后将所有扫描点的倾斜位移差用函数式表达,最后将位移差换算为控制电压作为扫描器Z向的前馈控制输入。实验结果表明,能消除样品倾斜对AFM大范围扫描的影响。

原子力显微镜测定的力曲线需转化为力位移曲线来应用。力位移曲线是以任意点为零点的，当研究粘附或者分子模型对比时，需要知道针尖样品阍的作用力或确切的零点位置，这时需将其转化为力一距离曲线。本文首先从力曲线的测定原理得出了典型的力曲线，之后从理论上分析了力曲线、力位移曲线和力一距离曲线阍的转化，从中得出了转化过程中需要的两个重要参量：灵敏度和零距离，并提出了确定方法。最后，利用MATLAB实现了曲线的自动转化。

利用纳米压痕技术对单晶硅做纳米压痕试验,得到其载荷-压深曲线.用原子力显微镜测出压痕的三维形貌,结合Matlab软件,直接计算出压痕的残余面积,从而得到单晶硅的纳米硬度值.通过对直接面积法与Oliver-Pharr方法测出的硬度值进行分析比较,发现两种方法得到的硬度值都有压痕尺寸效应,但用直接面积法得到的硬度值比用Oliver-Pharr方法得到的硬度值尺寸效应更明显一些.

研究在光学显微镜下,运用两个独立的三维工作台分别控制针尖和碳纳米管的位置,将碳纳米管吸附在传统的原子力显微镜针尖上.首先将碳纳米管粘附在导电的胶带上,然后用涂胶的针尖与其接触将碳纳米管粘附到针尖上,最后运用电蚀的方法优化碳纳米管针尖的长度,以达到高分辨率的要求.运用制作的碳纳米管针尖对硅表面的深槽进行成像,获得了传统针尖无法得到的信息.

简述了重庆大学研制的原子力显微镜(AFM)样机的工作原理和应用,重点介绍了其镜体的独特设计.该样机采用扫描隧道显微镜检测微悬臂的起伏,通过四维机械驱动和双压电陶瓷扫描,有效提高了扫描精度,扩大了扫描范围,简单适用的微悬臂使操作大大简化.给出了用该机检测到的具有代表性的4种样品的表面形貌图.

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.