隨著1986年的科技發(fā)展和商業(yè)推廣，原子力顯微鏡（AFM）成為了納米級領(lǐng)域?qū)Σ牧虾图?xì)胞進(jìn)行成像和測量的重要工具之一。AFM能夠以原子級的分辨率顯示原子級的樣品細(xì)節(jié)，有助于對一系列應(yīng)用進(jìn)行成像，例如定義表面表征，光刻，數(shù)據(jù)存儲以及對原子和納米結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行各種操作。但是，隨著分辨率不斷從微米級過渡到納米級，使用AFM進(jìn)行更精確的振動隔離的需求變得至關(guān)重要。AFM系統(tǒng)極易受到環(huán)境振動的影響。當(dāng)測量很小的埃米（Å）或納米位移時，必須為儀器建立穩(wěn)定的環(huán)境。耦合到儀器機(jī)械結(jié)構(gòu)中的任何振動都會引起垂直和水平噪聲，這會降低以分辨率進(jìn)行測量的能力。MinusK隔振臺是消除振動的重要部件。

垂直軸對AFM最敏感，但是這些顯微鏡對X和Y軸的振動也很敏感。

使用加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的原子力顯微鏡，具有負(fù)剛度隔振功能的寬250 µm的蝴蝶翅膀的圖像

原子力顯微鏡的發(fā)展和對隔振的需求

自大約25年前發(fā)布商用原子力顯微鏡以來，隨著技術(shù)的進(jìn)步，提高了原子力顯微鏡性能。這些進(jìn)步擴(kuò)展了原子力顯微鏡在緩沖液中對生物樣品成像能力，以及加強(qiáng)了提供樣品的物理數(shù)據(jù)的能力。還提高了原子力顯微鏡的成像速度。與能夠近乎實(shí)時掃描的掃描電子顯微鏡不同，大約五年前傳統(tǒng)的原子力顯微鏡需要1到100分鐘才能獲得高分辨率圖像。隨著高速原子力顯微鏡系統(tǒng)的引入，成像速度比以前的原子力顯微鏡快了三個數(shù)量級。隔振平臺上的原子力顯微鏡在過去的幾年中，在加利福尼亞大學(xué)圣塔芭芭拉分校的物理系Paul Hansma研究小組中進(jìn)行的三個數(shù)量級設(shè)計(jì)研究已經(jīng)證明，在擴(kuò)展Z軸范圍的同時，以納米級分辨率對大尺寸樣品進(jìn)行顯微鏡成像可行。要在大型裂紋和深層微裂紋進(jìn)行極限深度成像，顯微鏡必須具有至少200微米的Z范圍和足夠長的懸臂以探測裂紋。但是，隨著垂直運(yùn)動的增加，振動的可能性更大。由MinusK Technology開發(fā)通過引入負(fù)剛度隔振解決了該問題。

原子力顯微鏡在主動隔震，負(fù)剛度隔振和空氣隔震的表現(xiàn)

MinusK負(fù)剛度隔離器在低頻振動隔離中使用了機(jī)械無源的概念，同時在多個方向上實(shí)現(xiàn)了高水平的隔離。在負(fù)剛度隔振中，垂直隔振是通過支撐負(fù)重的剛性彈簧與負(fù)剛度機(jī)制相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。使凈垂直剛度非常低，而不會影響彈簧的靜態(tài)載荷支撐能力。與垂直運(yùn)動隔離器串聯(lián)的梁柱可提供水平運(yùn)動隔離。梁柱的作用就像是彈簧，加上負(fù)剛度機(jī)制。是一種緊湊的無源隔離器，能夠具有非常低的垂直和水平固有頻率以及非常高的內(nèi)部結(jié)構(gòu)頻率。使用無源的機(jī)械系統(tǒng)，該隔離器可提供0.5 Hz *的垂直隔離性能和水平的0.5 Hz的隔離性能-不需要空氣或電力，（*請注意，對于固有頻率為0.5 Hz的隔離系統(tǒng)，隔離的開始頻率約為0.7 Hz，隨著振動頻率的增加而改善。固有頻率更常用于描述系統(tǒng)性能。）“對MinusK而言，關(guān)鍵因素是將真正的負(fù)彈簧常數(shù)系統(tǒng)與正彈簧常數(shù)結(jié)合在一起以實(shí)現(xiàn)有效的響應(yīng)。彈簧常數(shù)非常柔和。”“這使得負(fù)剛度隔振裝置在垂直方向上具有非常低的振動頻率，這對于原子力顯微鏡的隔振至關(guān)重要。”負(fù)剛度隔振臺在0.5 Hz處諧振。在此頻率下幾乎沒有能量存在。在0.5 Hz處發(fā)現(xiàn)明顯的振動將是非常不尋常的。頻率高于0.7 Hz（負(fù)剛度隔振臺開始隔振）的振動會隨著頻率的增加而迅速衰減（負(fù)剛度隔振臺隔離振動）。MinusK表示：“我們希望隔振頻率為0.5 Hz，這可以通過負(fù)剛度實(shí)現(xiàn)。”“不是因?yàn)檫@個頻率的振動很小，而是因?yàn)樵?0或20赫茲的建筑共振下，0.5赫茲比2赫茲的共振頻率更能抵抗振動傳播，而2赫茲的共振頻率可以用氣浮臺”

氣浮臺作為隔振系統(tǒng)，在垂直方向提供有限的隔離，在水平方向提供較少的隔離。由于它們的共振頻率可以與地板振動的頻率相匹配，因此它們會使隔振問題變得更糟。氣浮臺會放大而不是減少2到7 Hz范圍內(nèi)的振動，因?yàn)闅飧∨_會產(chǎn)生固有的共振頻率。所有隔離器將在其諧振頻率處進(jìn)行放大，然后隔振。使用氣浮臺，在該共振頻率范圍內(nèi)的任何振動不僅不能被衰減，而且還會被放大。與空氣隔振系統(tǒng)相比，具有負(fù)剛度隔離器的傳遞率得到了顯著改善。傳遞率是相對于輸入振動通過隔離器傳遞的振動的量度。負(fù)剛度隔離器調(diào)整至0.5 Hz時，在2 Hz時達(dá)到93％的隔振效率；5 Hz時為99％; 10 Hz時為99.7％。

MinusK公司成立于1993年，自立于開發(fā)和制造高質(zhì)量的隔振產(chǎn)品，產(chǎn)品應(yīng)用包括納米技術(shù)、生物科學(xué)、半導(dǎo)體、材料研究、航天器的零重力模擬和音頻?；诂F(xiàn)場測試和用戶的評價，MinusK隔振臺性能比空氣隔振臺高出10-100倍，同時也優(yōu)于主動減振系統(tǒng)

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