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基于AFM探针的PZT标定和纳米尺度操控
  • ISSN号:1671-4776
  • 期刊名称:《微纳电子技术》
  • 时间:0
  • 分类:TH89[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械] TP242.3[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室,沈阳110016, [2]中国科学院大学,北京100049, [3]辽宁工程技术大学电气与工程控制学院,辽宁葫芦岛125105
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(61327014,61304251); 中国科学院、国家外国专家局创新团队国际合作伙伴计划资助项目
中文摘要:

研究了一种利用一般原子力显微镜(AFM)实现简便高效纳米操作的方法。利用AFM的成像功能及AFM探针的刻划功能,记录并测量压电陶瓷管(PZT)在X和Y两个方向的位移特性,解决了一般AFM无法检测自身PZT在X和Y两个方向位移的问题;采用PrandtlIshlinskii(PI)模型对PZT的迟滞非线性特性进行建模并建立前馈控制器,以解决AFM探针任意运动路径的驱动问题;采用虚拟纳米手策略对AFM探针的运动路径进行设计,通过构建的前馈控制器驱动AFM探针,完成了15μm×15μm范围内对直径200 nm聚苯乙烯颗粒的连续折线推动,并对长约1.3μm的银棒进行了固定姿态连续平移操作,推动距离超过5μm,整个过程因减少了局部扫描环节而使平均单次操作时间减小到10 s以内。

英文摘要:

The method to accomplish the simple and fast nanomanipulation with a common atomic force microscopy (AFM) was proposed. With the imaging function of the AFM and the lithography function of the AFM probe, the displacement characteristics of the piezoelectric tube (PZT) were recorded and measured along X and Y axes, solving the problem that it is impossible to measure the PZT displacement along X and Y axes by the common AFM itself. Prandtl-Ishlinskii (PI) model was used to describe the PZT hysteresis nonlinearity characteristics, then the feed forward controller was constructed, solving the problem of the PZT actuation in arbitrary trajectory for the AFM probe. The motion path of the AFM probe was designed by using the virtual nano-hand strategy (VNHS). The polystyrene nanoparticle with the diameter of 200 nm was continuously manipulated in a broken line within the task space square of 15μm × 15 μm through driving the AFM probe by the constructed feed forward controller. Besides, a silver stick with the length of about 1.3 μm in a fixed pose was also continuously pushed in parallel with the distance more than 5 μm. The whole motion time can be greatly saved for the absence of the local scanning process, and the average single pushing time reduces within 10 s.

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期刊信息
  • 《微纳电子技术》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国电子科技集团公司
  • 主办单位:中国电子科技集团公司第十三研究所
  • 主编:李和委
  • 地址:石家庄市179信箱46分箱
  • 邮编:050002
  • 邮箱:wndz@vip.sina.com
  • 电话:0311-87091487
  • 国际标准刊号:ISSN:1671-4776
  • 国内统一刊号:ISSN:13-1314/TN
  • 邮发代号:18-60
  • 获奖情况:
  • 2002-2003和2003-2004年度,均获信息产业部电子科...,2005-2006年度获信息产业部电子科技期刊学术技术...,中国学术期刊执行(光盘版)检索与评价数据规范优...,2007-2008年度又荣获工业和信息化部电子科技期刊...
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版)
  • 被引量:3327