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多模态原子力显微镜控制系统研制及实验

多模态原子力显微镜控制系统研制及实验

作者：尤焕杰合肥工业大学

学位级别：硕士

原子力显微镜（AFM）作为纳米检测技术的基本工具之一，已经在研究纳米尺度物质的结构和特性方面取得了令人惊叹的发展，但是随着应用领域的不断扩展以及对精密测量和定位技术的要求越来越高，要求AFM具有更高的空间分辨率，更快的扫描... 详细信息

原子力显微镜（AFM）作为纳米检测技术的基本工具之一，已经在研究纳米尺度物质的结构和特性方面取得了令人惊叹的发展，但是随着应用领域的不断扩展以及对精密测量和定位技术的要求越来越高，要求AFM具有更高的空间分辨率，更快的扫描速度，和更好的抗干扰能力。依据AFM工作的基本原理，我们自行设计和研制了让悬臂可以工作于不同振动模态的多模态原子力显微镜系统。论文主要介绍了已经完成的几项工作内容：1、完成了多模态AFM的控制软件的编写，主要包括扫频软件设计、直流电机驱动软件设计、探针-试样自动逼近以及力曲线测试软件设计、PI参数测试软件设计、三维扫描成像软件设计以及台阶测试软件设计等。这部分也是多模态AFM系统设计的核心内容之一。2、完成了直流电机驱动电路的设计，包括原理图的绘制，PCB的绘制、加工以及焊接。3、以自制的多模态AFM为研究对象，分析了影响AFM扫描速度的主要因素，对系统各模块的响应时间进行了分析、测试，并通过实验证明了二阶谐振模态下的AFM系统稳定时间明显小于一阶谐振模态，即在二阶谐振模态下AFM的扫描速度比在一阶谐振模态下要快。4、对光栅试样同一区域表面形貌分别用一阶、二阶谐振模态进行了扫描测试，实验数据表明，在相同条件下，二阶谐振模态AFM的扫描速度约为一阶扫描的3.3倍，而且由力曲线和台阶测试可以得到，二阶谐振模态下AFM的Z向分辨率高于一阶谐振模态。通过理论与实验验证相结合的方式，分析AFM工作在高阶谐振状态下的作用机理和关键因素，通过实验验证了多模态原子力显微镜的可行性以及它在扫描速度和空间分辨率方面的优势。

关键词：原子力显微镜多模态控制软件扫描速度分辨率

基于硅悬臂高阶谐振的动态原子力显微镜的快速扫描

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光学精密工程 2014年第3期22卷 656-663页

作者：黄强先尤焕杰袁丹赵阳胡小娟合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

利用原子力显微镜(AFM)硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出了基于硅悬臂高阶谐振特性构建动态AFM来实现快速扫描的方法,并研制了可工作于一阶模态和高阶模态的AFM。介绍了高阶谐振AFM系统的基本结构和工作原理,从理论上证明了利用... 详细信息

利用原子力显微镜(AFM)硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出了基于硅悬臂高阶谐振特性构建动态AFM来实现快速扫描的方法,并研制了可工作于一阶模态和高阶模态的AFM。介绍了高阶谐振AFM系统的基本结构和工作原理,从理论上证明了利用硅悬臂梁高阶谐振特性实现快速扫描的可行性。以自制的AFM为研究对象,分析了影响动态AFM扫描速度的主要因素,对系统各模块的响应时间进行了分析、测试,并通过实验证明了AFM在二阶谐振模态下的稳定时间明显小于一阶谐振模态下的稳定时间。最后,分别用一阶、二阶谐振模态对光栅试样在同一区域的表面形貌进行了扫描测试,测试数据表明:在相同条件下,AFM的扫描速度在二阶谐振模态下约是一阶模态下的3.3倍。理论分析和实验结果证明了利用高阶谐振探针提高AFM扫描速度的可行性和有效性。

关键词：原子力显微镜(AFM) 硅悬臂梁高阶谐振扫描速度

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动态AFM悬臂的高阶谐振特性研究及实验

仪器仪表学报 2013年第12期34卷 2647-2652页

作者：黄强先袁丹尤焕杰赵阳程真英合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009 安徽建筑大学电子与信息工程学院合肥230061

为了提高动态原子力显微镜(AFM)的灵敏度、分辨率、扫描速度等,基于硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出一种利用硅悬臂高阶谐振而进行扫描测量的高阶谐振表面测量方法,并对相应动态AFM悬臂的高阶谐振特性进行了理论和实验研究。分... 详细信息

为了提高动态原子力显微镜(AFM)的灵敏度、分辨率、扫描速度等,基于硅悬臂器件具有多阶谐振模态的特性,提出一种利用硅悬臂高阶谐振而进行扫描测量的高阶谐振表面测量方法,并对相应动态AFM悬臂的高阶谐振特性进行了理论和实验研究。分析了高阶谐振悬臂的工作原理,给出了悬臂的振动方程和振型函数,从理论上证明了高阶谐振悬臂较其初级谐振模式具有更高灵敏度和更高空间分辨率;由于频率的提高,悬臂的动态测量性能明显改善。基于自制的轻敲式AFM,通过实验证实了高阶谐振现象的存在;实验测得的一阶二阶谐振悬臂的灵敏度,空间分辨率和最小可探测力梯度分别为8 V/μm,17 V/μm;1.33 nm,0.47 nm;1.80×10-7N/m,0.54×10-7N/m,实验结果与理论分析结论一致;通过二阶谐振扫描获得了光栅试样表面轮廓图,证明了该高阶谐振特性研究的正确性及利用高阶谐振特性进行扫描测量的可行性。

关键词：硅悬臂高阶谐振动态AFM 最小可探测力梯度

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接触测量中的微探球力变形研究

中国机械工程 2014年第14期25卷 1926-1929页

作者：李志渤黄强先赵剑尤焕杰程真英合肥工业大学合肥230009

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大... 详细信息

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。

关键词：微探球力变形微纳米测量接触测量

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数字信号发生器实现快速扫频

工具技术 2013年第6期47卷 57-59页

作者：尤焕杰袁丹韩彬合肥工业大学

以VC串口控制为基础,以原子力显微镜的微悬臂为对象,分别对不同型号的信号发生器进行了程控扫频测试、对同一型号信号发生器的不同控制指令实现扫频进行了测试。实验证明,对于不同型号的信号发生器,频率变化速率不同,扫频速度也不同。... 详细信息

以VC串口控制为基础,以原子力显微镜的微悬臂为对象,分别对不同型号的信号发生器进行了程控扫频测试、对同一型号信号发生器的不同控制指令实现扫频进行了测试。实验证明,对于不同型号的信号发生器,频率变化速率不同,扫频速度也不同。而对于同一型号信号发生器,采用不同的控制指令也会影响扫频测试结果。为了更好地提高扫描速度,合理选用信号发生器型号及采用合适的指令进行扫频至关重要。

关键词：数字信号发生器扫频原子力显微镜

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索尔·贝娄作品中共同体思想的演变及启示

北方民族大学学报（哲学社会科学版） 2024年第3期 161-167页

作者：尤广杰大连民族大学外国语学院辽宁大连116605

索尔·贝娄作品中的共同体思想经历了变化过程,从早期作品关注个体自身的发展,到中期作品对社会不公、个体身份和责任等的关注,再到晚期作品对人类命运的深思。索尔·贝娄作品中共同体思想的演变反映了作家对现代社会人际关系的脆弱、... 详细信息

索尔·贝娄作品中的共同体思想经历了变化过程,从早期作品关注个体自身的发展,到中期作品对社会不公、个体身份和责任等的关注,再到晚期作品对人类命运的深思。索尔·贝娄作品中共同体思想的演变反映了作家对现代社会人际关系的脆弱、个体对社会责任的思考,以及对建立和谐、包容、进步的共同体的渴望。索尔·贝娄对社会正义的关注、不断反思及晚年经历,进一步推动了其共同体思想的发展,展示了作家对人类共同体和个体存在意义的持续探索。索尔·贝娄作品中的共同体思想启示人们,只有以爱为桥梁、以团结为力量、以个体责任为指南,才能构建一个充满希望、和谐与进步的共同体。

关键词：索尔·贝娄共同体思想人类共同体

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植被对水分变化的敏感性及功能响应研究

植被对水分变化的敏感性及功能响应研究

作者：尤钰杰中国环境科学研究院

学位级别：硕士

量化评估植被对水分变化响应敏感程度,探究植被对水分变化的响应机制,是植被生态系统干旱防治研究的重要方向。在全球气候变化的背景下,识别不同植被对水分变化的敏感性及功能响应具有重要意义。本文在前人已有研究基础上,采用一个简洁... 详细信息

量化评估植被对水分变化响应敏感程度,探究植被对水分变化的响应机制,是植被生态系统干旱防治研究的重要方向。在全球气候变化的背景下,识别不同植被对水分变化的敏感性及功能响应具有重要意义。本文在前人已有研究基础上,采用一个简洁高效的敏感性指标来回答植被与水分变化间的响应关系。本文选取了归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）和帕默尔干旱指数（Palmer Drought Severity Index,PDSI）,将NDVI变化对PDSI变化的敏感响应程度定义为植被水分敏感性指数（The Vegetation Water Sensitivity Index,VWSI）。研究获取了2000-2022年的NDVI和PDSI指数,并采用了STL分解时间序列方法（Seasonal-Trend decomposition using LOESS,STL）,以标准差指征剔除长时间序列中的季节影响因素,更好的反映植被对水分变化的敏感程度。本文从全国和典型区两个空间尺度开展植被对水分响应的研究。首先,基于长时间序列数据计算中国VWSI整体并探索其宏观格局,并从数据、时间、空间三个方面进行验证。其次,选取受极端气候变化影响显著的长江中下游作为典型区,基于方差分解方法从降水、温度、净生态系统生产力（Net ecosystem productivity,NEP）、水源涵养功能、水土保持功能等角度出发,探究植被对水分变化的响应和成因关系,并开展生态系统变化评估。研究结果如下:（1）基于局部加权回归LOESS的季节性趋势分解法（Seasonal-Trend decomposition using LOESS,STL）适用于对植被和干旱指标数据的预处理。本文发现用STL方法去除季节变化后,NDVI和PDSI长时间序列的特征并没有发生改变,对原始时间序列和去除季节变化后的时间序列进行线性拟合后发现结果R2≈1,证实STL分解处理的可靠性。（2）VWSI指数能较好的反映植被对水分变化响应的敏感性状况。通过格兰杰显著性检验,发现去除季节变化的NDVI与PDSI响应更显著,说明VWSI指数并不是统计学意义上的巧合,从时间上证明了VWSI的合理性。通过对比全国格网的VWSI随时序变化的结果,发现在相同地理区域内邻近格网的VWSI曲线呈现出相似的变化,而且曲线的变化随着距离的扩大呈现出拓扑上的渐变,直至两个格网较远时,VWSI的曲线不再具备拓扑特征;且在不同地理区域的边界地带,邻近格网的VWSI曲线产生了拓扑上的突变,证明了VWSI指数可以反映格网所在区的生态本底特征,在空间上证明了VWSI的合理性。（3）研究认为应该关注极度干旱且对水分变化响应极度敏感的区域。经对典型区内的草地、森林、农田、灌木四种植被类型开展评估,发现干旱胁迫风险从高到低依次为草地>农田>灌木>森林,其中森林受干旱胁迫风险影响最小;在同等的干旱强度下,灌木受干旱风险要小于农田;区域内草地最容易受干旱影响,最值得保护和关注。典型区通过对生态系统的综合治理,在改善生态本底的同时,显著提升了生态系统内植被的抗水分变化能力。本文通过植被对水分变化敏感性的研究,不仅揭示了其在全国范围内的空间分布格局,而且对其功能响应机制进行了探究,并对长江中下游开展典型案例研究,研究方法和结论可为区域生态保护和植被恢复提供参考。

关键词：水分干旱指标植被指标敏感性

高管数字化认知、企业数字化行为对企业创新绩效的影响研究

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高管数字化认知、企业数字化行为对企业创新绩效的影响研究

作者：安焕杰齐鲁工业大学

学位级别：硕士

《中国制造2025》明确指出,创新是推动我国从制造大国向制造强国转变的关键驱动力。以人工智能、云计算、区块链、物联网等为代表的数字技术兴起,对企业运营模式与商业模式产生了深远的影响,在提升企业创新绩效方面发挥着显著作用。那么... 详细信息

《中国制造2025》明确指出,创新是推动我国从制造大国向制造强国转变的关键驱动力。以人工智能、云计算、区块链、物联网等为代表的数字技术兴起,对企业运营模式与商业模式产生了深远的影响,在提升企业创新绩效方面发挥着显著作用。那么,在当前数字化浪潮下,高管对数字化的认知是否成为影响企业创新绩效的关键因素?企业在数字化转型中又扮演着怎样的角色?政策激励作为政府推动企业数字化转型的重要手段,其在高管数字化认知与企业数字化行为之间的作用是否可以忽视?这些问题成为本文研究的核心问题。本文首先从高管认知视角出发,基于高阶理论、战略认知理论和利益相关者理论,将高管认知细分为预期收益认知和外部环境压力感知、企业数字化行为划分成企业管理数字化和业务数字化两个方面,并提出5条主假设和14条子假设;其次,运用结构方程建模等方法,试图探究高管数字化认知、企业数字化行为与企业创新绩效之间的关系,以及政策激励在高管数字化认知向企业数字化行为转化过程中的调节作用;最后,通过对制造业企业的问卷调查和实证分析,结合制造业的特点和相关理论,提出了促进制造业企业创新绩效提升的具体对策建议。研究发现:(1)高管数字化的预期收益认知和外部环境压力感知均对企业数字化行为、企业创新绩效有显著正向影响;(2)企业管理数字化行为和业务数字化行为对企业创新绩效产生正向影响;(3)企业数字化行为在高管数字化预期收益认知与企业创新绩效之间具有正向中介作用,企业数字化行为在高管数字化外部环境压力感知与企业创新绩效之间具有正向中介作用;(4)政策激励在高管数字化预期收益认知与企业数字化行为之间发挥正向调节作用,政策激励在高管数字化外部环境压力感知与企业数字化行为之间发挥正向调节作用。本文的研究结论不仅为政府制定更为合理的数字化转型激励政策提供了理论借鉴,也为我国制造业的数字化进程和高质量发展提供了有益参考。

关键词：高管数字化认知企业数字化行为企业创新绩效政策激励

Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷的制备及法拉第效应

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发光学报 2024年第5期45卷 772-778页

作者：张天扬裴瑞杰石云尤博吕滨宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211 中国科学院上海硅酸盐研究所上海201899 浙江省光电探测材料及器件重点实验室浙江宁波315211

以自制的Dy_(2)O_(3)超细粉与市售的ZrO_(2)粉料为主要原料,经球磨混合后通过高温固相反应合成了平均粒径约为150 nm的Dy_(2)Zr_(2)O_(7)粉体,再经过冷等静压成型和真空烧结获得了Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷。研究表明,该陶瓷样品... 详细信息

以自制的Dy_(2)O_(3)超细粉与市售的ZrO_(2)粉料为主要原料,经球磨混合后通过高温固相反应合成了平均粒径约为150 nm的Dy_(2)Zr_(2)O_(7)粉体,再经过冷等静压成型和真空烧结获得了Dy_(2)Zr_(2)O_(7)磁光透明陶瓷。研究表明,该陶瓷样品具有典型的缺陷萤石结构,在635 nm波长处的直线透过率约为68%,达到了理论透过率的88%。Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷在635,780,1 064 nm处的费尔德(Verdet)常数分别为(-182±7),(-118±2),(-48±1) rad·T^(-1)·m^(-1),在1 064 nm近红外波段处约为商用铽镓石榴石单晶的1.24倍,在635 nm可见光波段处约为铽镓石榴石单晶的1.33倍。研究结果证明Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷是一种有潜力的新型磁光材料。

关键词： Verdet常数缺陷萤石法拉第效应真空烧结 Dy_(2)Zr_(2)O_(7)透明陶瓷