基于AFM推动的纳米粒子运动学模型研究  

Research on kinematics model of nanoparticle based on AFM pushing

作　　者：侯静[1,2,3] 吴成东[1] 刘连庆[2] 王志东[2,4] 董再励[2] 

机构地区：[1]东北大学信息科学与工程学院 [2]中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室 [3]沈阳建筑大学信息与控制工程学院 [4]日本千叶工业大学

出　　处：《仪器仪表学报》2011年第8期1851-1857,共7页Chinese Journal of Scientific Instrument

基　　金：国家863计划(2009AA03Z316);国家自然科学基金重点项目(60904095、60635040);“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

摘　　要：针对纳米操作和装配过程中面临的由AFM单探针带来的物体丢失和操作效率低等问题,通过对纳米粒子推动实验的分析,建立了纳米粒子推动操作的运动学模型。该模型充分考虑了推动速度及探针磨损两个因素,引入了与速度相关的粘滞摩擦力,并利用空间配置的方法解决了探针针尖半径对操作结果的影响。该模型能够预测推动操作后粒子的可能位置,从而可以避免操作过程中粒子丢失的现象,能够提高纳米操作效率。数值模拟结果与多次实验操作结果相对比,验证了所建模型的有效性。In the process of nanomanipulation and assembly, most of the AFMs only have one tip as the end effector, which causes the problems of object loss and low operation efficiency. In this paper, the behavior of nanoparticle under pushing is theoretically analyzed and modeled. The model considers the pushing velocity and tip wearing suffi- ciently; speed related viscous friction is introduced and the configuration space method of the pushing action plane is used to overcome the affect of tip diameter on manipulation result. Using this model, the position of the nanoparticle can be determined after each manipulation in real time, so stable and reliable nanomanipulation can be realized. Numerical simulation and experimental results show the validity of the proposed model.

关 键 词：纳米粒子 运动学模型 推动速度 探针磨损 AFM 

分 类 号：TN16[电子电信—物理电子学]