光杠桿

熱膨脹光學(xué)法

光杠桿式膨脹儀

光干涉法膨脹儀

熱膨脹電測(cè)法

電感式膨脹儀

電容式膨脹儀

熱膨脹機(jī)械法

千分表式膨脹儀

杠桿式膨脹儀

國(guó)外于1982年發(fā)明并使其發(fā)明者Binnig和Rohrer（美國(guó)）榮獲1986年物理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)的掃描隧道顯微鏡（STM）。1986年，Binnig等人利用掃描隧道顯微鏡測(cè)量近10－18N的表面力，將掃描隧道顯微鏡與探針式輪廓儀相結(jié)合，發(fā)明了原子力顯微鏡，在空氣中測(cè)量，達(dá)到橫向精度3n m和垂直方向0．1n m的分辨率。California大學(xué)S．Alexander等人利用光杠桿實(shí)現(xiàn)的原子力顯微鏡首次獲得了原子級(jí)分辨率的表面圖像。日本：S．Yoshida主持的Yoshida納米機(jī)械項(xiàng)目主要進(jìn)行以下二個(gè)方面的研究：

⑴．利用改制的掃描隧道顯微鏡進(jìn)行微形貌測(cè)量，已成功的應(yīng)用于石墨表面和生物樣本的納米級(jí)測(cè)量；

⑵．利用激光干涉儀測(cè)距，在激光干涉儀中其開發(fā)的雙波長(zhǎng)法限制了空氣湍流造成的誤差影響；其實(shí)驗(yàn)裝置具有1n m的測(cè)量控制精度。

日本國(guó)家計(jì)量研究所（NRLM）研制了一套由穩(wěn)頻塞曼激光光源、四光束偏振邁克爾干涉儀和數(shù)據(jù)分析電子系統(tǒng)組成的新型干涉儀，該所精密測(cè)量已涉及一些基本常數(shù)的決定這一類的研究，如硅晶格間距、磁通量等，其掃描微動(dòng)系統(tǒng)主要采用基于柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)的微動(dòng)工作臺(tái)。

英國(guó)：國(guó)家物理研究所對(duì)各種納米測(cè)量?jī)x器與被測(cè)對(duì)象之間的幾何與物理間的相互作用進(jìn)行了詳盡的研究，繪制了各種納米測(cè)量?jī)x器測(cè)量范圍的理論框架，其研制的微形貌納米測(cè)量?jī)x器測(cè)量范圍是0．01n m～3n m和0．3n m～100n m。Warwick大學(xué)的Chetwynd博士利用X光干涉儀對(duì)長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)用的波長(zhǎng)進(jìn)行細(xì)分研究，他利用薄硅片分解和重組X光光束來(lái)分析干涉圖形，從干涉儀中提取的干涉條紋與硅晶格有相等的間距，該間距接近0．2nm，他依此作為校正精密位移傳感器的一種亞納米尺度。Queensgate儀器公司設(shè)計(jì)了一套納米定位裝置，它通過(guò)壓電驅(qū)動(dòng)元件和電容位置傳感器相結(jié)合的控制裝置達(dá)到納米級(jí)的分辨率和定位精度。

德國(guó)：T．Gddenhenrich等研制了電容式位移控制微懸臂原子力顯微鏡。在PTB進(jìn)行了一系列稱為1nm級(jí)尺寸精度的計(jì)劃項(xiàng)目，這些研究包括：①．提高直線和角度位移的計(jì)量；②．研究高分辨率檢測(cè)與表面和微結(jié)構(gòu)之間的物理相互作用，從而給出微形貌、形狀和尺寸的測(cè)量。已完成亞納米級(jí)的一維位移和微形貌的測(cè)量。

微懸臂梁具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高靈敏度、成本低等特點(diǎn)，是納米測(cè)試技術(shù)中的常用工具，尤其作為原子力顯微鏡探針時(shí)，在表面形貌測(cè)試、納米操縱方面應(yīng)用廣泛，而作為力的感應(yīng)元件微懸臂梁彈性常數(shù)對(duì)于掃描速度、力的測(cè)量等影響很大。本項(xiàng)目研究了一種新的精密天平與激光干涉相結(jié)合的微懸臂梁彈性常數(shù)可溯源性標(biāo)定方法，通過(guò)天平求出加載力值，通過(guò)光杠桿法求出微懸臂梁的偏轉(zhuǎn)量，最后由胡克定律求出彈性常數(shù)。該方法提高了微懸臂梁法向和橫向彈性常數(shù)的測(cè)量精度，進(jìn)而提高了原子力顯微鏡納米力學(xué)特性表征的精度，為納米材料的研究提供更為可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；也改善了基于探針的納米量級(jí)操縱和加工的效果，為納米技術(shù)的真正應(yīng)用提供技術(shù)依托。 本項(xiàng)目完善了基于電磁天平標(biāo)定微懸臂梁法向彈性常數(shù)的技術(shù)理論，提出了法向測(cè)量時(shí)橫向扭轉(zhuǎn)對(duì)標(biāo)定結(jié)果影響的修正方法；將斜面法和天平相結(jié)合，建立原位標(biāo)定橫向彈性常數(shù)的數(shù)學(xué)模型。設(shè)計(jì)并搭建了超精密天平與光杠桿法結(jié)合的微懸臂梁彈性常數(shù)標(biāo)定系統(tǒng)，微懸臂梁的法向、橫向偏轉(zhuǎn)量由光杠桿獲得，彎曲力由天平測(cè)得；通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械部件、光學(xué)系統(tǒng)及測(cè)控電路的優(yōu)化提高了標(biāo)定系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，將系統(tǒng)的機(jī)械噪聲降至最低，實(shí)現(xiàn)了微懸臂梁的法向和橫向運(yùn)動(dòng)、彎曲量的獲取等功能；對(duì)七種型號(hào)的微懸臂梁探針進(jìn)行了標(biāo)定，測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性較好，并對(duì)標(biāo)定結(jié)果進(jìn)行了分析，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類評(píng)定優(yōu)于1%。 由于本方法力的測(cè)量結(jié)果具有可溯源性，具有其他方法不可比擬的優(yōu)勢(shì)。本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)還可為開發(fā)新型的納米力學(xué)特性測(cè)量?jī)x器提供技術(shù)儲(chǔ)備，并帶動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域的研究與開發(fā)。 在本項(xiàng)目的資助下，共發(fā)表研究論文13篇，其中SCI檢索2篇，EI檢索9篇；獲得2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)；培養(yǎng)2名博士、1名碩士畢業(yè)并獲得學(xué)位。