原子力显微镜纳米观测与操作

目录
《博士后文库》序言
前言
第1章 绪论 1
1.1 纳米科技简介 1
1.1.1 纳米科技的发展历程与应用领域 2
1.1.2 纳米科技的特征 5
1.1.3 纳米科技的关键技术——纳米观测与操作方法 6
1.2 主要纳米观测方法 7
1.2.1 光学显微镜观测 7
1.2.2 SEM和TEM观测 8
1.2.3 STM观测 9
1.2.4 AFM观测 10
1.3 主要纳米操作方法 14
1.3.1 基于自组装技术的纳米操作 15
1.3.2 基于光镊的纳米操作 16
1.3.3 基于介电电泳的纳米操作 16
1.3.4 基于SEM的纳米操作 17
1.3.5 基于AFM的纳米操作 18
1.4 AFM纳米操作方法的应用特点及存在问题 19
第2章 AFM机器人化纳米操作方法 23
2.1 AFM简介 23
2.1.1 AFM的原子力-距离曲线分析 24
2.1.2 AFM的三种工作模式 24
2.2 AFM传统机器人化纳米操作方法 25
2.2.1 基于静态图像的离线式纳米操作 25
2.2.2 基于增强现实的机器人化纳米操作 27
2.2.3 基于局部扫描和路标定位的实时纳米操作 29
2.3 基于随机方法的AFM机器人化纳米操作方法 31
2.3.1 AFM探针驱动器精度问题分析 31
2.3.2 探针在任务空间中的实时定位分析 32
2.3.3 基于虚拟夹具的AFM纳米操作 33
第3章 基于温漂补偿模型的AFM图像重构算法 35
3.1 AFM温漂图像重构理论 35
3.1.1 牛顿迭代法 35
3.1.2 图像插值法 37
3.1.3 扫描图像温漂校正方法 42
3.2 温漂图像重构方法 44
3.2.1 温漂补偿模型 44
3.2.2 温漂偏移矢量 46
3.2.3 偏移矢量计算 49
3.2.4 整图重构方法 52
3.3 仿真与实验分析 53
3.3.1 温漂图像MATLAB仿真实验与分析 53
3.3.2 AFM温漂图像重构实验与分析 54
第4章 基于探针模型的AFM图像重构算法 61
4.1 AFM探针盲建模重构理论基础 61
4.1.1 数学形态学基本概念 61
4.1.2 探针成像过程的数学描述 62
4.1.3 探针形貌估算算法 65
4.2 探针建模计算速度提高方法 67
4.2.1 探针针尖形貌预估计 68
4.2.2 算法核心的改进 71
4.3 探针建模精度提高方法 74
4.3.1 降噪阈值定义 74
4.3.2 降噪阈值估算 75
4.4 AFM扫描图像重构实验 78
4.4.1 探针形貌建模 78
4.4.2 碳纳米管与纳米颗粒扫描图像重构 80
第5章 基于随机方法的探针定位算法 83
5.1 基于AFM的探针定位算法研究 84
5.1.1 基于随机方法的路标定位策略 84
5.1.2 基于AFM的纳米操作坐标系 87
5.2 基于Kalman的路标观测模型分析 89
5.2.1 路标建立 89
5.2.2 路标观测分析 90
5.2.3 针对水平观测路标过程的建模分析 90
5.2.4 基于Kalman滤波的探针位置最优估算 92
5.3 探针运动模型分析 95
5.3.1 基于PI的运动模型 95
5.3.2 PZT的蠕变模型 96
5.3.3 系统温漂模型 97
5.4 基于路标观测的探针定位仿真实验 98
第6章 基于概率分布区间的纳米机器人路径规划 101
6.1 基于概率分布区间的路标观测路径规划 101
6.2 探针在任务空间中的路径规划 106
6.2.1 单路标环境下的路径规划 107
6.2.2 多路标环境下的路径规划 111
6.3 算法仿真与实验验证 113
6.3.1 基于Dijkstra方法的路径规划 113
6.3.2 基于蚁群算法的路径规划 114
6.4 路标动态配置 118
6.4.1 路标邻域定义 119
6.4.2 虚拟夹具操作方法 121
6.4.3 基于虚拟夹具的纳米操作仿真 122
第7章 基于AFM的纳米操作平台 125
7.1 系统硬件与软件实现 125
7.1.1 系统硬件 125
7.1.2 软件实现 126
7.2 AFM探针定位 129
7.2.1 探针定位系统框架 129
7.2.2 模型参数实验标定与实验验证 129
7.2.3 探针定位的精度提高 142
7.3 AFM纳米操作 144
7.3.1 虚拟夹具纳米操作 144
7.3.2 AFM纳米操作演示 147
参考文献 149
编后记 157