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来源：中国工程院院刊
作者：耿延泉，闫永达，王继强，Emmanuel Brousseau，孙彦文，孙雅洲
来源：Yanquan Geng, et al. Fabrication of Periodic Nanostructures Using AFM Tip-Based Nanomachining: Combining Groove and Material Pile-Up Topographies [J]. Engineering, 2018,4(6):787–795.
周期性纳米结构被广泛应用于多种研究领域，诸如太阳能电池、纳米级等离激元结构、金属表面的结构着色等。
就目前的周期性纳米结构的加工方法而言，比如：纳米压印光刻技术、聚焦离子束刻蚀、机械加工、电化学加工，具有操作复杂、产量低、加工精度低以及成本高等缺点。
高精度的周期性纳米结构的制备方法一直是研究的热点。
基于原子力显微镜探针的纳米加工技术能够实现一维、二维甚至三维纳米结构的加工，例如，热化学光刻、局部阳极氧化、摩擦诱导刻蚀。对于周期性纳米结构，目前，最小的加工周期被限定在2µm。
如何能够实现更小周期的纳米结构制备？
基于原子力显微镜探针纳米机械刻划技术，在周期性纳米结构的加工过程中，可以采用“沟槽形貌和沟槽边缘的材料堆积形貌相结合”的方式。相比于其他周期性纳米结构制备方法，这种新方法易于操作、成本低、精度高。
☝ 周期性纳米结构的加工原理示意图
☝ 平面I的截面图
采用这种新方法，对单晶铜进行加工实验时，所得到纳米结构的周期与沟槽总宽度之间的关系表现为：
当进给量值比沟槽总宽度小，但远远大于原子力显微镜探针半径时，加工过程中被去除的材料会部分填充到之前加工的轨迹中，同时，加工得到的周期比沟槽总宽度小；
当进给量值大于沟槽总宽度时，相邻的刻划轨迹无法重叠；
当进给量值与沟槽总宽度相等时，相邻刻划加工产生的材料堆积恰好相连，形成较好的周期性纳米结构。
同时，采用一维和二维快速傅里叶变换算法对加工得到的结构周期性进行了评估。评估结果与实验结果相吻合。即，当进给量等于沟槽总宽度时，所加工的结构具有较好的周期性。
此外，对加工得到的周期性纳米结构进行着色研究得出，根据加工结构的周期性与预期颜色光谱的波长对光的入射角进行设置，通过改变入射角可以得到不同颜色的光谱。该周期性纳米结构在防伪查询以及金属传感领域具有潜在的应用。
然而，该方法需要改善的是探针磨损问题，因为探针的磨损会导致加工精度的严重下降。因此，在以后的研究中，可以考虑采用高频振动加工或者添加润滑剂等方法来降低大范围加工过程中的探针磨损。
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来源：CAE-Engineering 中国工程院院刊
原文链接：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzA3MTUwNjU3NQ==&mid=2651031618&idx=2&sn=7eebc00f4b085df7b20954bde82df782&chksm=84dba7a2b3ac2eb4160ec5a413da66dfcae360c43129ee737894052eea4c52fce1e136dc13ee&scene=27#wechat_redirect
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