基于AFM金刚石微探针的纳米加工机理研究

为制造高精度纳米尺度零件或三维纳米结构，必须进行多种材料的纳米加工机理研究。本项目针对单晶及多晶金属材料的纳米加工问题，运用新型分子动力学计算方法，采用大容量并联计算机，进行三方向纳米加工过程的仿真计算，并研究三维加工中原子去除规律、表面形貌成因、针尖磨损等理论与技术，建立相应的理论模型。利用带有金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)及其相应的辅助系统，进行纳米加工实验验证。由于采用AFM加工，其获得的纳米尺度的原子加工数量，可以接近于分子动力学理论计算的量级，使理论结果可以通过实际加工进行验证，可以解决前人只计算而不能实验验证的瓶颈问题。同时，研究并解决针尖悬臂系统的弹性动力学问题及依据AFM仪器的可操控性，调节针尖悬臂系统与样品间的力，能够进行加工过程的原位测量，实现所设计的纳米结构加工。基于AFM金刚石针尖的纳米加工研究成果，为未来多种材料纳米器件、纳米结构的加工提供理论基础。