[發明專利]一種基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法

在審

• 申請號: 202210985697.7
• 申請日: 2022-08-16
• 公開（公告）號: CN115420910A
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 廖瑜;張憲民;李海;朱本亮;賴建豪
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G06K9/00;G06T7/70
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 周春麗

本發明公開了一種基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法。本發明基于卡西尼卵形線，通過對其構造參數加以合理選取并將其與斜坡信號進行疊加，最終合成了一條光滑連續、信號幅值恒定且能以最大覆蓋率經過掃描區域的非光柵掃描軌跡，解決了傳統柵格掃描因采用掃描過程中拐角處掃描速度方向存在突變而使得信號包含無窮項奇次諧波的三角波信號驅動掃描平臺而帶來的掃描平臺易引發共振、掃描軌跡易失真的問題，從而能夠有效提高原子力顯微鏡掃描頻率上限，且其信號恒定的幅值與頻率使得掃描平臺的驅動控制器更加易于設計。以此作為原子力顯微鏡掃描軌跡進行掃描，具有掃描頻率上限高，掃描精度好和能以較高的效率提升現有原子力顯微鏡的掃描性能等特點。

技術領域

本發明涉及高速原子力顯微鏡掃描研究領域，尤其涉及一種基于卡西尼卵形線的原子力顯微鏡非柵格掃描方法。

背景技術

作為一種掃描探針顯微鏡，原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)以其能夠以納米級分辨率對樣品進行操縱與形貌成像和不受樣品表面導電性限制等特性，已成為廣泛應用于納米科學和生物技術領域的掃描成像與檢測分析工具之一。然而，其目前較慢的掃描速度逐漸成為現今AFM系統在一些如掃描動態樣品應用中的主要限制。原子力顯微鏡(AFM)的傳統掃描方法是掃描平臺基于柵格掃描軌跡，以恒定的線速度掃描樣品并采集數據(Moheimani S O R.Invited review article：Accurate and fastnanopositioning with piezoelectric tube scanners：Emerging trends and futurechallenges[J].Review of Scientific Instruments，2008，79(7)：071101；Sriramshankar R，Jayanth G R.An integrated magnetic actuation system for high-speed atomic force microscopy[J].IEEE/ASME Transactions on Mechatronics，2018，23(5)：2285-2294.)。為了生成這種圖案，掃描儀的一個側軸跟蹤三角波信號，同時另一個軸跟蹤階梯信號或斜坡信號。然而，此方法驅動下的掃描區域中拐角處的方向突變會使得信號產生無限多的奇次諧波，這些諧波的存在將會使得掃描平臺在諧振頻率處激發嚴重的機械共振。因此，實際柵格掃描頻率被限制在掃描平臺共振頻率的1％到10％(Yong Y K，Moheimani S O R，Kenton B J，et al.Invited review article：High-speed flexure-guided nanopositioning：Mechanical design and control issues[J].Review ofscientific instruments，2012，83(12)：121101)，故而柵格掃描方法雖然掃描速度基本穩定，采樣點分布均勻易于后續圖像重建，但是其性能僅限于低速掃描(Devasia S，Eleftheriou E，Moheimani S O R.A survey of control issues in nanopositioning[J].IEEE Transactions on Control Systems Technology，2007，15(5)：802-823)，無法滿足目前研究人員對原子力顯微鏡日益增長的快速甚至是視頻級成像的需求。