高分辨显微镜纳米云纹方法的发展与应用

介绍了近年来发展的纳米云纹法及其新的应用。这些方法是基于原子力显微镜、扫描隧道显微镜和透射电子显微镜的原理提出来的。纳米云纹法能够对物体的微/纳观变形提供定量的分析。详述了这些方法的测量原理和实验技术,并进行了新的应用研究。实验结果论证了这些方法的可行性,并证实了这些方法具有纳米级的位移测量灵敏度。     

扫描探针显微学在材料表面纳米级结构研究中的新进展

应用扫描探针显微技术（ＳＰＭ）「包括扫描隧道显微镜（ＳＴＭ）、原子力显微镜（ＡＦＭ）、磁力显微镜（ＭＦＭ）等」,比较系统地研究了一些无机、有机和生物材料的表面精细结构;在极高分辨率的水平上,解释了如Ｃ６０Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｂｌｏｄｇｅｔｔ膜、有机磁性薄膜的样品制备、形成条件的关系;研究并揭示了碱金属与半志体表面吸附相互作用,红细胞表面结构等;拓宽了扫描探针显微技术的范围,在实验方法和研究成果上具有     

扫描探针显微镜在工业产品检测中的应用前景

讨论了扫描探针显微镜（ＳＰＭ）的应用领域和ＳＰＭ的发展现状，重点探讨了国产ＳＰＭ应用于信息产业、能源产业以及航空航天等工业领域中高新技术产品质量检测的存在、的问题、以及应用的前景。     

扫描隧道显微镜纳米云纹法的实验研究

提出了应用扫描隧道显微镜(STM)纳米云纹法测量面内位移的原理。测量中,把扫描隧道显微镜的探针扫描线作为参考栅,把物质原子晶格栅结构作为试件栅,对这两组栅线干涉形成的云纹进行了纳米级变形测量。对扫描隧道显微镜纳米云纹的形成原理及测量方法进行了详尽的讨论,并运用该方法对高定向裂解石墨(HOPG)的纳米级变形虚应变进行了测量研究,得到了随扫描范围变化的虚应变场,并与理论值进行了比较。     

云纹干涉法面内位移测量的光栅补偿方法研究

分析导致云纹干涉法面内位移和应变测量的根本原因，给出对称入射光路云纹干涉法面内位移计量的基本公式，设计定量补偿面内位移和变形的非对称光栅补偿光路系统。最后证明基准光栅补偿方法的可行性和可靠性。     

基于影栅云纹的大变形测量及应用

介绍了影栅云纹的原理和优点,将其用于软、硬物质的形变、形貌以及表面平整度检测。实验研究表明,影栅云纹法适用于软物质的大形变测试,尤其对大梯度的待测物具有较好的测试效果,对硬质材料表面平整度及缺陷具有较好的无损识别能力。实验系统配置简单,实验重复性好,易于操作。实验结果可以以环形干涉图定量显示或以平面干涉条纹陡拐定性显示缺陷部位。     

细观力学实验中的介质云纹干涉法

本文介绍了一种将介质用于云纹于涉法中，提高测量灵敏度的新方法。     

基于液晶显示投影技术的数字影栅云纹相移实现方法

影栅云纹是物体离面变形和表面形貌测量常用的一种比较简单的方法,用单纯的影栅云纹法即便在最好的光学系统配置情况下测量精度也只有1~100μm左右,在影栅云纹测试方法中引进相移技术是提高测量精度的主要手段。采用液晶投影仪和数字图像处理技术实现数字影栅云纹测量的准确数字相移,避免了在影栅云纹法中使用结构比较复杂或特制的相移机构。由计算机产生相移条纹图经液晶显示投影,应用实时图像灰度算术相减技术得到数字相移影栅云纹条纹图。该方法具有“基准栅”的栅距和相移步长实时可调,配置高速图像采集系统和图像后处理软件,可将相移技术引入动态测量中,从而提高动态测量的精度的优点。最后的悬臂梁实验结果证实了该方法的有效性。     

扫描显微探针

 随着１９８２年世界上第一台原子分辨的隧道扫描显微镜（ＳＴＭ）问世,掀起了对物质表面微结构研究的热潮,而且蔓延到表面化学以及生物大分子等领域．同时对ＳＴＭ原理及检测技术的推广,促使了原子力显微镜（ＡＦＭ）、近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）的发明．现在,以ＳＴＭ、ＡＦＭ、ＳＮＯＭ为代表的高分辨显微镜已经形成了一类新的显微成像技术──扫描探针显微术（ＳＰＭ）．ＳＰＭ最显著的特点就是采用一个极微小的探针（针尖一般在纳米尺度）,在样品表面极小的距离内移动,同时获得样品表面信息．当这极小的探针与样品表面的相互作用强烈依赖于极小的距离（大约是指数关系）,仪器的稳定性则是获得理想图像的关键.     

应用于微细尺度流体温度测量的激光云纹技术

本文提出了一种可用于微细尺度流体温度测量的激光云纹技术。它利用光线穿过两个等节距的光栅产生莫尔条纹的原理，由莫尔条纹的位移量来计算光线穿过热流体时产生的偏转角，从而获得流体的温度场分布。激光云纹技术具有灵敏度高，稳定性好，空间分辨率高等一系列优点，为微尺度传热的实验研究提供了测试方法。本文详细阐述了激光云纹技术的光学原理、实验装置及其所获得的实验结果。     

云纹干涉法面内位移测量的光栅补偿方法研究

运用光的干涉与衍射理论，导出了对称入射光路云纹干涉法面内位移计量的基本公式。针对云纹干涉法在实际应用中易引入刚体位移对真实面内位移干扰这一棘手问题，设计了定量补偿面内位移和变形的非对称光栅补偿光路系统。由于采用高灵敏度基准光栅调节的方法，比螺旋测微器等纯机械方法具有众多优越性。本文分析了该补偿方法对面内正应变条纹梯度和面内剪应变条纹梯度的补偿原理和具体实施过程。本方法大大提高了云纹干涉法面内位移计量和补偿的可靠性。     

迭合栅云纹在相干滤波系统中的倍增

本文用傅里叶光学原理讨论了迭合栅云纹倍增问题,得出了光强随位移连续变化的公式。讨论了相干滤坡系统中试件均匀变形和非均匀变形问题。云纹栅可以是振幅型或位相型或振幅兼位相型的。所得公式具有普遍意义,并和Post的实验符合。     

计算机云纹技术用于三维物体360°面形轮廓测量

本文讨论了计算机云纹用于三维物体３６０°面形轮廓测量的原理，并对一样品进行了测试，实验表明，此种方法优于其它测量方法，可快速获得样品３６０°面形展开图．     

测量微细尺度流体温度场的傅立叶变换激光云纹技术

本文研究了一种能测量微细尺度流体温度场的激光云纹技术。激光云纹法利用莫尔条纹的位移量或者位相变化来计算光线穿过位相物体时产生的偏转角,并由此获得流体的温度梯度和温度场分布。激光云纹技术具有灵敏度高,空间分辨率高,稳定性好,实时观测等优点。本文介绍了激光云纹法的测量原理、实验技术,并利用该方法测量了加热细丝自然对流的微细尺度温度场分布。     

扫描探针显微术与纳米科技

 扫描探针显微术（ＳｃａｎｎｉｎｇＰｒｏｂｅＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ,ＳＰＭ）是８０年代初发展起来的一类新型的表面研究新技术,其核心思想是利用探针尖端与表面原子间的不同种类的局域相互作用来测量表面原子结构和电子结构。它的出现使得纳米科技在近十年来得到了突飞猛进的发展。１．扫描探针显微术扫描探针显微术中最早研制成功的是扫描隧道显微镜（ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎｅｌｉｎｇＭｉｃｒｏｓｃｏｐｙ,ＳＴＭ）,它是宾尼和罗雷尔于１９８１年发明的,二人１９８６年因此被授予诺贝尔物理奖。     

折射率介质在制栅和云纹干涉法中的应用

利用光在折射率介质中传播可以减小光波波长的性质，提出用折射率介质法制作高频全息光栅技术，使光栅频率突破理论极限２／λ；并将折射率介质应用于云纹干涉法中，当试件栅频率为６００１／ｍｍ时，虚栅频率可达到６０００１／ｍｍ，利用其±５级衍射光进行干涉，测量灵敏度由０．８３μｍ提高到０．１６μｍ。     

用于微观场小应变测量的云纹干涉载波条纹法

在云纹干涉法的基础上，研究了一种新的测量方法——云纹干涉载波条纹法，利用初始载波条纹根据物体变形前后的变化对应变进行分析。实验证明：在结合适当的数字图像处理技术情况下，应用频率为1200lp/mm的试件栅，测量试件（微观场）变形产生的应变时，精度基本控制在±10με的范围内。对该方法的研究表明：其灵敏度可在1με以下。方法可给出U场诸行、V场诸列的平均应变值，使研究微观场小应变及微观场临近区域微小应变的不同成为可能。这一技术为MEMS研究中对相关力学内容的分析提供了技术支持。     

云纹干涉系统及其在金瓷双材料中的应用

利用云纹干涉法对金属烤瓷形成的双材料试件进行面内位移、应变测试,将测试结果与有限元计算结果进行了对比.结果表明:云纹干涉技术对研究具有小变形的复合材料力学行为可行、有效,结果直观,同时图像灰度变化连续,对比度高,为后续图像处理提供了较好的数据.     

X射线干涉仪实现扫描探针显微镜样板线间距纳米测量

X射线干涉仪以非常稳定的单晶硅晶格作为长度单位 ,可以实现亚纳米精度的微位移测量。提出了将 X射线干涉仪和扫描隧道显微镜结合起来 ,利用单晶硅的晶格尺度测量扫描探针显微镜样板节距的技术方案 ,并进行了实验研究     

高定向热解石墨表面局域导电增强现象的扫描探针显微学研究

基于导电型原子力显微镜和扫描隧道显微镜的对比观察,研究高定向热解石墨表面上残留石墨片的导电增强现象.根据样品电阻的测量数据,将这种现象归结为导电针尖与石墨表面的点接触问题,并且发现接触电导和接触点处局域的电子密度成正比,从而确定石墨表面的局域导电增强现象的原因在于残留在石墨表面的石墨片具有较高的电子密度. 关键词： 扫描隧道显微镜 导电原子力显微镜 高定向热解石墨 导电性