原子力顯微鏡納米觀測與操作

目錄
《博士后文庫》序言
前言
第1章 緒論 1
1.1 納米科技簡介 1
1.1.1 納米科技的發(fā)展歷程與應(yīng)用領(lǐng)域 2
1.1.2 納米科技的特征 5
1.1.3 納米科技的關(guān)鍵技術(shù)——納米觀測與操作方法 6
1.2 主要納米觀測方法 7
1.2.1 光學(xué)顯微鏡觀測 7
1.2.2 SEM和TEM觀測 8
1.2.3 STM觀測 9
1.2.4 AFM觀測 10
1.3 主要納米操作方法 14
1.3.1 基于自組裝技術(shù)的納米操作 15
1.3.2 基于光鑷的納米操作 16
1.3.3 基于介電電泳的納米操作 16
1.3.4 基于SEM的納米操作 17
1.3.5 基于AFM的納米操作 18
1.4 AFM納米操作方法的應(yīng)用特點(diǎn)及存在問題 19
第2章 AFM機(jī)器人化納米操作方法 23
2.1 AFM簡介 23
2.1.1 AFM的原子力-距離曲線分析 24
2.1.2 AFM的三種工作模式 24
2.2 AFM傳統(tǒng)機(jī)器人化納米操作方法 25
2.2.1 基于靜態(tài)圖像的離線式納米操作 25
2.2.2 基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的機(jī)器人化納米操作 27
2.2.3 基于局部掃描和路標(biāo)定位的實(shí)時納米操作 29
2.3 基于隨機(jī)方法的AFM機(jī)器人化納米操作方法 31
2.3.1 AFM探針驅(qū)動器精度問題分析 31
2.3.2 探針在任務(wù)空間中的實(shí)時定位分析 32
2.3.3 基于虛擬夾具的AFM納米操作 33
第3章 基于溫漂補(bǔ)償模型的AFM圖像重構(gòu)算法 35
3.1 AFM溫漂圖像重構(gòu)理論 35
3.1.1 牛頓迭代法 35
3.1.2 圖像插值法 37
3.1.3 掃描圖像溫漂校正方法 42
3.2 溫漂圖像重構(gòu)方法 44
3.2.1 溫漂補(bǔ)償模型 44
3.2.2 溫漂偏移矢量 46
3.2.3 偏移矢量計算 49
3.2.4 整圖重構(gòu)方法 52
3.3 仿真與實(shí)驗分析 53
3.3.1 溫漂圖像MATLAB仿真實(shí)驗與分析 53
3.3.2 AFM溫漂圖像重構(gòu)實(shí)驗與分析 54
第4章 基于探針模型的AFM圖像重構(gòu)算法 61
4.1 AFM探針盲建模重構(gòu)理論基礎(chǔ) 61
4.1.1 數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本概念 61
4.1.2 探針成像過程的數(shù)學(xué)描述 62
4.1.3 探針形貌估算算法 65
4.2 探針建模計算速度提高方法 67
4.2.1 探針針尖形貌預(yù)估計 68
4.2.2 算法核心的改進(jìn) 71
4.3 探針建模精度提高方法 74
4.3.1 降噪閾值定義 74
4.3.2 降噪閾值估算 75
4.4 AFM掃描圖像重構(gòu)實(shí)驗 78
4.4.1 探針形貌建模 78
4.4.2 碳納米管與納米顆粒掃描圖像重構(gòu) 80
第5章 基于隨機(jī)方法的探針定位算法 83
5.1 基于AFM的探針定位算法研究 84
5.1.1 基于隨機(jī)方法的路標(biāo)定位策略 84
5.1.2 基于AFM的納米操作坐標(biāo)系 87
5.2 基于Kalman的路標(biāo)觀測模型分析 89
5.2.1 路標(biāo)建立 89
5.2.2 路標(biāo)觀測分析 90
5.2.3 針對水平觀測路標(biāo)過程的建模分析 90
5.2.4 基于Kalman濾波的探針位置最優(yōu)估算 92
5.3 探針運(yùn)動模型分析 95
5.3.1 基于PI的運(yùn)動模型 95
5.3.2 PZT的蠕變模型 96
5.3.3 系統(tǒng)溫漂模型 97
5.4 基于路標(biāo)觀測的探針定位仿真實(shí)驗 98
第6章 基于概率分布區(qū)間的納米機(jī)器人路徑規(guī)劃 101
6.1 基于概率分布區(qū)間的路標(biāo)觀測路徑規(guī)劃 101
6.2 探針在任務(wù)空間中的路徑規(guī)劃 106
6.2.1 單路標(biāo)環(huán)境下的路徑規(guī)劃 107
6.2.2 多路標(biāo)環(huán)境下的路徑規(guī)劃 111
6.3 算法仿真與實(shí)驗驗證 113
6.3.1 基于Dijkstra方法的路徑規(guī)劃 113
6.3.2 基于蟻群算法的路徑規(guī)劃 114
6.4 路標(biāo)動態(tài)配置 118
6.4.1 路標(biāo)鄰域定義 119
6.4.2 虛擬夾具操作方法 121
6.4.3 基于虛擬夾具的納米操作仿真 122
第7章 基于AFM的納米操作平臺 125
7.1 系統(tǒng)硬件與軟件實(shí)現(xiàn) 125
7.1.1 系統(tǒng)硬件 125
7.1.2 軟件實(shí)現(xiàn) 126
7.2 AFM探針定位 129
7.2.1 探針定位系統(tǒng)框架 129
7.2.2 模型參數(shù)實(shí)驗標(biāo)定與實(shí)驗驗證 129
7.2.3 探針定位的精度提高 142
7.3 AFM納米操作 144
7.3.1 虛擬夾具納米操作 144
7.3.2 AFM納米操作演示 147
參考文獻(xiàn) 149
編后記 157