[发明专利]一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统

说明书

本发明实施例公开了一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统。一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法，包括：将两个频段内具有不同特性参数的子波形按预设拼接顺序合成激励信号；将所述激励信号施加至待测目标，获取待测目标不同特性参数对应的振幅图像；根据目标解耦模型和所述待测目标的双模态振幅图像进行解耦与重构，生成所述待测目标的应变图像和静电图像。解决力电耦合应变测量易受静电影响、结果不准确的问题，实现由目标解耦模型定量解析双模态数据准确获得待测目标的力电耦合应变图像和静电响应图像的效果。

技术领域

本发明实施例涉及显微成像技术，尤其涉及一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统。

背景技术

过去十年，以压电响应力显微术(PFM)、电化学应变显微术(ESM)为代表的基于原子力显微镜(AFM)动态激励测量模式的出现，极大地促进了一系列材料的机理硏究和性能优化。然而在实际测量中，该响应并不局限于所预期的电致应变，而是还会受到静电力的干扰。

现有技术中常在测量中采用不同探针、探针的高阶模态、AFM硬件改造的方式定性排除静电力的干扰，然而，实际效果却无法有效验证，且不同样品材料的电致应变响应强弱对比较困难。

发明内容

本发明提供一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统，以实现达到了一次扫描获得双模态测试结果数据，定量解析获得应变和静电力的测试结果，以及减小对特定探针的需求，提高适用性的效果。

第一方面，本发明实施例提供了一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法，包括：

将两个频段内具有不同特性参数的多个子波形按预设拼接顺序合成激励信号；

将所述激励信号施加至待测目标，获取待测目标不同特性参数对应的双模态振幅图像；

根据目标解耦模型和所述待测目标的双模态振幅图像进行解耦与重构，生成所述待测目标的力电耦合应变图像和静电响应图像。

可选的，在所述将多个具有不同特性参数的子波形按预设拼接顺序合成激励信号之前，还包括：构造解耦模型；所述构造解耦模型包括：

标定原子力显微镜的探针的振动参数；

基于所述探针的振动参数构造初始解耦模型；

基于原子力显微镜的测量数据对所述初始解耦模型进行可靠性验证，得到目标解耦模型。

可选的，所述探针的振动参数包括探针和待测样品耦合共振的双模态刚度和光杠杆转换系数。

可选的，所述激励信号的频谱范围覆盖所述双模态对应的频率。

可选的，所述将所述激励信号施加至待测目标，获取待测目标不同特性参数对应的振幅图像包括：

通过原子力显微镜的探针依次将所述激励信号施加至待测目标，获得对应的响应信号；

分离所述响应信号中不同特性参数对应的振幅图像。

可选的，所述分离所述响应信号中不同特性参数对应的振幅图像，包括：

将所述不同特性参数下的全时域振动响应信号经过解调求得所述待测目标在不同特性参数和不同模态下的特征信息；

根据所述特征信息和预设拟合算法得到所述待测目标在不同特性参数下对应包含的双模态振幅图像。

可选的，所述根据目标解耦模型和所述待测目标的振幅图像进行解耦与重构，生成所述待测目标的应变图像和静电图像，包括：

对所述待测目标的全时域振幅响应数据进行解调得到待测目标在探针施加激励信号下的本征振幅和相位；