基于探针定位的原子力显微镜纳米操作虚拟夹具实现

摘要

尽管基于原子力显微镜(Atom force microscopy,AFM)的纳米操作在过去10年间取得了极大进展,但依然有两个问题没有得到很好解决:探针的精确定位和稳定性操作。由于压电陶瓷驱动器非线性和温漂的影响,使得探针相对于被操作物体的定位极其困难,从而造成纳米操作任务失败;同时,因为探针仅能对被操作物体施加点式作用力,在操作中经常出现探针滑过被操作物体,或者引起被操作物体的转动、形变等非理想结果,阻碍纳米操作的深入发展。针对上述问题,提出基于概率的虚拟夹具纳米操作方法,其核心思想是在基于路标观测的探针定位基础上,实现基于概率的探针多点并发操作策略—虚拟夹具方法。仿真与试验结果验证该方法可以稳定、长距离的推动纳米颗粒,能够对一维纳米材料(管、线、棒)进行定姿态操作,从而使AFM纳米操作效率得到极大提升。