基于DSP的扫描探针显微镜中压电高温氧化铝陶瓷辊棒非线性校正技术

　　随着纳米科技的高速发展,对作为微观表征和操纵技术的扫描探针显微镜(SPM)的精度提出了更高的要求。而压电耐高温陶瓷管的非线性(回滞、蠕变等)问题却严重影响了其扫描精度,特别在大范围扫描模式下更引起了特征扭曲。本文针对SPM压电耐高温陶瓷管非线性难题,提出了一种基于DSP技术,并利用其强大的数据处理能力在线实现了SPM压电耐高温陶瓷管非线性校正的方法。实验结果验证了本方法的有效性。压电耐高温陶瓷管扫描器的非线性特征是造成扫描探针显微镜扫描图像畸变的上要原因，因此本课题开展压电耐高温陶瓷管扫描器非线性校正的研究工作。 本课题从现有实验设备出发，提出一种开环校正方案，即利用迈克尔逊干涉仪测定PZT的伸长量与控制电压之间的相互关系，得到非线性曲线；根据非线性曲线确定拟合函数；通过拟合函数的反函数得到获得线性位移的电压控制数据；根据电压控制数据设计扫描校正软件，使XY扫描管工作在线性方式，据此有效消除由压电耐高温陶瓷管的非线性而引起的扫描图像畸变。 依据上述校正思想，本文内容主要涉及设计和实验两大部分。其中设计部分包括压电扫描管X向和Y向PZT非线性曲线测量装置的设计以及扫描校正软件的设计。坯体含水量、介质的pH值及甲基纤维素含量对氧化铝耐高温陶瓷管壳坯料可塑性的影响,揭示塑化剂增塑的机理,摸索采用可塑成型工艺成型氧化铝耐高温陶瓷管壳生坯。以亚微米氧化铝超微粉为原料,采用挤出成型工艺成型坯体,在MgO-Al2O3-SiO2体系和CaO-MgO-Al2O3-SiO2两个体系中分别制备了氧化铝含量为97.59%和95.84%的微晶氧化铝耐高温陶瓷管壳。所制备耐高温陶瓷管壳的性能优良,晶粒细小均匀,97和95瓷管壳的晶粒平均粒径分别为6μm和4μm,体积密度分别为3.714 g·cm-3和3.831 g·cm-3。95瓷管壳的抗弯强度为320MPa,主晶相为刚玉,次晶相为钙长石和镁铝尖晶石。

　　不同氧化铝含量的电真空耐高温陶瓷管壳配方组成与性能的关系,分析了等静压工艺技术生产电真空耐高温陶瓷管壳的诸多因素,并对等静压工艺生产电真空耐高温陶瓷管壳的工艺控制、氧化铝含量与性能的关系以及对陶瓷金属化适应性进行了探讨。等静压成型工艺是提高电真空耐高温陶瓷管壳综合性能的必要手段,等静压电真空耐高温陶瓷管壳氧化铝含量对其机械性能、电性能、金属化适应性有直接影响。随着纳米科技的高速发展，对作为微观表征和操纵技术的扫描探针显微镜(SPM)的精度提出了更高的要求。而压电耐高温陶瓷管的非线性(回滞、蠕变等)问题却严重影响了其扫描精度，特别在大范围扫描模式下更引起了特征扭曲。本文针对SPM压电耐高温陶瓷管非线性难题，提出了一种基于DSP技术，并利用其强大的数据处理能力在线实现了SPM压电耐高温陶瓷管非线性校正的方法。实验结果验证了本方法的有效性。

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