第1篇 纳米机械加工表面的微现形貌检测方法 3
第1章 纳米机械加工表面微观形貌检测方法 3
1.1表面微观形貌的评价方法与评价体系 3
1.2超光滑表面微观形貌检测仪器分析与选择 6
1.2.1触针式表面测量技术 6
1.2.2光学式表面测量技术 7
1.2.3扫描显微镜表面测量技术 8
1.3表面微观形貌的检测与结果分析 10
1.3.1典型表面微观形貌测量仪器 11
1.3.2表面形貌的检测实验 12
1.3.3表面形貌检测结果分析 13
1.4纳米机械加工表面形貌测量技术发展 19
参考文献 20
第2章 三维表面微观形貌的表征与检测 22
2.1三维表面微观形貌的检测技术与国际标准表征 22
2.1.1三维表面测量和分析中涉及的几个问题 23
2.1.2三维表面形貌的表征参数 25
2.2三维表面微观形貌的谱矩表征 25
2.3轮廓／表面功率谱密度理论及应用 27
2.3.1功率谱密度定义及其计算方法 27
2.3.2应用功率谱密度理论对比不同测量仪器结果 28
2.3.3应用功率谱密度理论研究超精密加工工艺 30
2.4三维表面微观形貌的分形表征及应用 36
2.4.1三维分形维数的计算 36
2.4.2几种工程表面的分形维数测量 37
2.5原子力显微镜的采样条件参数优化 38
2.5.1方法描述 38
2.5.2应用频谱分析确定采样条件的实验 39
2.5.3应用频谱分析确定合理采样条件的步骤 43
参考文献 43
第2篇 纳米机械加工表层形成机理 47
第3章 纳米机械加工的分子动力学建模与仿真 47
3.1晶体铜纳米加工的分子动力学模型 47
3.2分子动力学基本原理 48
3.2.1经典牛顿运动方程的求解方法 48
3.2.2描述原子相互作用的势能函数 49
3.2.3模拟实验条件的系综 50
3.2.4其他设置 51
3.3晶体铜建模技术 52
3.3.1晶体结构 52
3.3.2单晶铜建模 53
3.3.3双晶铜建模 54
3.3.4纳米晶铜建模 54
3.4晶体缺陷 55
3.4.1晶体缺陷分类 55
3.4.2位错缺陷 56
3.5晶体缺陷分析技术 57
3.5.1中心对称参数（CSP） 58
3.5.2共近邻分析（CNA） 59
3.5.3 Ackland键角分析（BAD） 59
参考文献 60
第4章 晶体铜纳米机械加工机理 61
4.1纳米机械加工单晶铜 61
4.1.1单晶铜纳米机械加工机理 61
4.1.2其他参数对纳米机械加工单晶铜的影响 66
4.2纳米机械加工双晶铜 77
4.2.1包含任意晶界的双晶铜纳米机械加工机理 77
4.2.2包含孪晶界的双晶铜纳米机械加工机理 81
4.3纳米机械加工纳米晶体铜 83
4.3.1全三维纳米晶体铜纳米机械加工机理 83
4.3.2准三维柱状纳米晶体铜纳米机械加工机理 86
参考文献 88
第5章 纳米机械加工亚表面损伤层的定量预测 89
5.1晶体铜纳米机械加工亚表面损伤层形成机理 90
5.2基于单个原子势能的亚表面变形层定量预测 93
5.2.1原子势能的变化模型 93
5.2.2基于原子势能的变化模型的亚表面损伤层定量预测 94
5.3基于纳米压痕的亚表面损伤层定量预测 96
5.3.1基于纳米压痕的亚表面损伤层的硬度的预测模型 96
5.3.2基于纳米压痕的亚表面损伤层深度的定量预测 98
5.4基于孪晶变形的亚表面损伤层的控制及改善 102
5.4.1纳米晶体铜纳米机械加工中孪晶变形 103
5.4.2纳米机械加工纳米孪晶铜 107
参考文献 114
第3篇 基于AFM的纳米机械加工技术 117
第6章 基于原子力显微镜的纳米机械加工技术 117
6.1 AFM刻划加工的工作模式 117
6.1.1 AFM工作原理 117
6.1.2 AFM刻划加工原理 119
6.1.3恒高刻划加工模式 120
6.1.4恒力刻划加工模式 121
6.2 AFM探针针尖位置实时检测及加工深度控制 122
6.2.1 AFM刻划加工存在的问题 122
6.2.2 AFM刻划加工深度实时检测方法 123
6.2.3 AFM刻划加工深度控制方法 130
6.2.4 AFM微悬臂探针压入样品模型建立 131
6.3一种基于AFM的三维微／纳加工系统 139
6.3.1总体设计 139
6.3.2单片机控制器总体设计 141
6.3.3单片机控制器研制 144
6.3.4单片机控制器软件实现 147
6.3.5上位机软件实现 150
参考文献 153
第7章 采用AFM探针的纳米机械加工机理及工艺 154
7.1刻划力检测方法 154
7.1.1悬臂梁3个方向弹性常数的确定 155
7.1.2三方向力的确定方法 157
7.1.3力表征信号的测量方法 162
7.1.4刻划过程中力参数的确定实例 165
7.2 AFM微探针纳米机械刻划加工材料去除机理及实验 169
7.2.1 AFM探针机械刻划机理 169
7.2.2探针形状对材料去除形态的影响 170
7.2.3加工深度和表面质量影响因素研究 171
7.2.4加工过程刻划力的影响因素研究 177
7.3微探针加工工艺参数的优化 184
7.4二维微结构AFM探针纳米加工 186
7.4.1与AFM刻划软件加工的对比研究 186
7.4.2线型结构的加工工艺 187
7.4.3二维面型结构的加工工艺 188
7.4.4加工过程其他因素影响 191
7.5三维微结构AFM探针纳米加工 192
7.5.1基于二维加工工艺的三维微结构加工 192
7.5.2基于新型纳米加工系统的探针轨迹规划 194
7.5.3 AFM微探针三维加工过程 195
7.5.4三维连续曲面微结构微探针加工实例 196
7.6采用AFM探针加工跨尺度微纳结构 201
7.6.1采用AFM探针加工毫米尺度微纳结构的加工装置及加工过程 201
7.6.2采用AFM探针加工毫米尺度微纳结构的加工实例 203
参考文献 204
第4篇 基于AFM的工程应用 209
第8章AFM与“自组装”相结合的应用 209
8.1基于机械一化学方法的硅表面可控自组装技术研究 209
8.1.1硅表面可控自组装单层膜的理论 209
8.1.2微加工系统的建立及微加工实验研究 210
8.1.3硅表面可控自组装膜的制备及其验证实验研究 214
8.1.4硅表面可控自组装膜的应用研究 216
8.2基于AFM的聚二甲基硅氧烷（PDMS）自组装及转移印刷微／纳结构 219
8.2.1 PDMS的化学结构和特性 219
8.2.2 Au/PDMS自组装褶皱图案的分析 223
8.2.3调控Au/PDMS自组装褶皱图案的实验研究 225
8.3嵌段共聚物自组装模板的制造 229
8.3.1嵌段共聚物自组装的理论研究 229
8.3.2自组装有序纳米微结构的AFM表征 231
8.3.3自组装有序纳米微结构的实验研究 233
参考文献 237
第9章AFM碳纳米管探针的制备 238
9.1 AFM碳纳米管针尖的制作 238
9.1.1 AFM碳纳米管针尖的制备过程 238
9.1.2 AFM碳纳米管针尖制备的理论分析 241
9.1.3 AFM碳纳米管针尖的截断操作 244
9.1.4碳纳米管针尖的搭接延长操作 244
9.2 AFM碳纳米管针尖的应用 245
9.2.1敲击模式和相位成像技术 245
9.2.2碳纳米管针尖的力曲线研究 246
9.2.3长程力对针尖检测影响的对比研究 248
9.2.4毛细力对纳米管针尖和硅针尖的影响研究 249
参考文献 252
第10章AFM在靶丸检测与加工中的应用 253
10.1靶丸表面圆周轮廓的评价方法 254
10.1.1表面粗糙度参数 254
10.1.2圆度误差 254
10.1.3球度误差 255
10.1.4靶丸表面模数功率谱评价 256
10.2靶丸表面圆周轮廓检测系统研制 258
10.2.1系统的测量轨迹方案 258
10.2.2测量系统的组成 260
10.2.3测量系统的机械结构设计 260
10.2.4电控系统及软件的研制 262
10.3靶丸表面圆周轮廓的测量实验 264
10.3.1正交大圆法测量与评价 264
10.3.2等间隔经圆法测量与评价 267
10.4激光靶丸表面的纳米机械加工 269
10.4.1靶丸充气孔AFM加工技术研究 269
10.4.2靶丸表面AFM局部微结构加工实验 271
10.4.3靶丸表面圆周调制加工实验及再测量研究 271
参考文献 274
第11章 基于AFM的癌细胞的机械力学特性研究 275
11.1基于AFM癌细胞的静态力学特性的分析 275
11.1.1 AFM压痕实验的理论计算 275
11.1.2细胞纳米压痕实验 277
11.1.3细胞骨架与细胞力学特性的关系 281
11.1.4癌细胞黏附特性实验 283
11.2癌细胞动态力学特性的研究 284
11.2.1小球针尖的制备 284
11.2.2癌细胞动态特性测量 287
参考文献 289
术语索引 290