原子力显微镜扫描量子点的微悬臂动力学研究

摘要

本文采用频率调制,非接触式原子力显微镜已经成功的获得了多种材料,包括金红石TiO<,2>解理表面的原子级分辨率图像.为尝试对材料的实际表面进行非接触原子力显微镜扫描能否达到原子级分辨率,对非接触原子力显微镜扫描各种形状量子点表面的微悬臂动力学作理论研究.建立金红石TiO<,2>(001)面五面体形状量子点、半球形状量子点、球缺形状量子点以及平面、五面体和球缺组合形状量子点的点阵模型.用Lennard-Jones势能和Hamaker理论计算硅针尖与以上各种量子点表面间的作用力,采用了等径向距离路径、等垂直距离路径、等径向和等垂直距离叠加路径、径向叠加s1路径四种扫描路径,研究针尖—表面作用力在量子点表面离子处的峰值性质.数值积分微悬臂振动方程,研究在以上四种扫描路径下,微悬臂自振频率发生的突变或剧变的性质.以等垂直距离路径和径向叠加s1路径,非接触原子力显微镜微悬臂Si针尖在金红石TiO<,2>(001)面各种形状量子点表面沿[110]方向扫描,研究不同参数下的自振频率位移图像.

目录

文摘

英文文摘

独创性说明

1绪论

1.1纳米材料表面结构表征

1.1.1纳米材料的概述

1.1.2纳米材料的结构特性

1.1.3纳米材料的表面结构表征方法

1.2扫描探针显微术

1.2.1从扫描电镜到扫描隧道显微镜

1.2.2从扫描隧道显微镜到扫描力显微镜

1.3原子力显微镜

1.3.1原子力显微镜概述

1.3.2原子力显微镜的基本原理

1.3.3原子力显微镜的微悬臂

1.3.4原子力显微镜的操作模式

1.3.5原子力显微镜的成像模式

1.3.6与原子力显微镜有关的力

1.4原子力显微镜的研究现状

1.4.1原子力显微镜图像

1.4.2原子力显微镜的理论研究

1.4.3原子力显微镜现存的问题和研究方向

1.5本文的工作

2微悬臂振动模型

2.1微悬臂的振动

2.1.1微悬臂的振动方程

2.1.2微悬臂振动方程数值求解

2.2微悬臂自振频率的位移

2.2.1微悬臂自振频率位移的现象

2.2.2微悬臂自振频率位移的计算方法

2.3悬臂在根部激励下自由振动的振幅A0

2.4本章小结

3针尖与金红石TiO2量子点表面间作用力

3.1 Lennard-Jones势能、Hamaker理论及计算

3.1.1 Lennard-Jones势能和Hamaker理论

3.1.2离子—针尖作用力的计算

3.1.3针尖—金红石TiO2表面作用力的计算

3.2金红石TiO2五面体形状量子点点阵模型及作用力

3.2.1金红石TiO2五面体形状量子点点阵模型

3.2.2针尖—金红石TiO2五面体形状量子点表面作用力

3.3金红石TiO2半球形状量子点点阵模型及作用力

3.3.1金红石TiO2半球形状量子点点阵模型

3.3.2针尖—金红石TiO2半球形状量子点表面作用力

3.4金红石TiO2球缺形状量子点点阵模型及作用力

3.4.1金红石TiO2球缺形状量子点点阵模型

3.4.2针尖—金红石TiO2球缺形状量子点表面作用力

3.5金红石TiO2组合形状量子点点阵模型及作用力

3.5.1金红石TiO2组合形状量子点点阵模型

3.5.2各晶胞离子对针尖—表面作用力的影响

3.5.3针尖—金红石TiO2组合形状量子点表面作用力

3.6本章小结

4微悬臂自振频率位移突变

4.1微悬臂自振频率位移的数值计算

4.2自振频率位移出现突变

4.3自振频率位移出现突变的条件

4.3.1扫描路径对自振频率位移突变的影响

4.3.2自振与激励频率比α对自振频率位移突变的影响

4.4自振频率位移突变的针尖平衡位置

4.5本章小结

5扫描量子点的频率位移图像

5.1扫描五面体形状量子点的频率位移图像

5.2扫描半球形状量子点的频率位移图像

5.3扫描球缺形状量子点的频率位移图像

5.4扫描组合形状量子点的频率位移图像

5.5本章小结

结 论

参考文献

附录A径向叠加s1路径扫描TiO2(001)面球缺量子点[110]方向程序1

附录A径向叠加s1路径扫描TiO2(001)面球缺量子点[110]方向程序2

附录A径向叠加s1路径扫描TiO2(001)面球缺量子点[110]方向程序3

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢

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