静电力显微镜(EFM)是深入研究纳米材料微区电学和力学性质的一种有力工具。本论文以此为出发点，探索了一系列表征纳米材料电学性质的实验方法，例如针尖特征电容的表征，材料表面介电常数测定，表面电荷密度测定等。这些实验方法扩展了静电力显微镜的应用领域，为深入研究纳米材料或纳米器件结构与功能提供了更丰富的手段。　　 本论文工作主要包括以下几方面：　　 1.确定针尖电容与针尖，样品之间距离的关系是EFM定量测量的基础。作者建立了一种表征EFM针尖特征电容与针尖.样品之间距离依赖关系的方法。相对于针尖偏压，当给导电样品表面施加足够高的电压时，针尖振动相位变化与针尖偏压接近直线关系。在针尖抬离样品表面不同距离下，测定针尖振动相位变化与针尖偏压的线性关系。然后，得到针尖，样品距离与相应抬高距离的针尖相位变化与针尖偏压直线斜率的曲线，拟合得到EFM针尖特征电容对针尖.样品距离的一阶导数，最后积分得到EFM针尖特征电容对针尖.样品距离的依赖关系。研究表明针尖与针尖.样品之间距离符合指数关系，并且针尖表面电荷在针尖上的等效位置在针尖尖端以上2000 nm左右。　　 2.定量测定样品表面纳米微区电荷密度对深入研究纳米器件结构与性能是非常有意义的。通过比较方法，作者建立了一种在纳米微区内测定样品表面电荷密度的实验方法。引入一个半径为毫米级的钢球作为参比对象。当钢球表面电压已知时，可以计算出钢球表面的电荷密度。在不同钢球表面电压下，利用EFM扫描纳米微区钢球表面，得到EFM针尖振动相位的正切值与针尖偏压的特征曲线，与库仑力相关的线性项系数与刚球表面的电荷密度成正比例关系。该线性项系数随钢球电压线性增加。通过测定被测样品曲线的线性项的系数，与钢球特征曲线比较，可以得到被测样品表面的电荷密度。通过测定新解理云母表面的电荷密度验证了该方法的可靠性。　　 3.纳米材料或纳米器件的表面介电常数是最基本的电学性质之一。通过比较方法，作者建立了一种在纳米微区内测定材料表面静态介电常数的方法。通过改变施加到针尖的直流偏压，EFM扫描得到针尖振动相位变化的正切值与针尖偏压之间的抛物线曲线。此抛物线系数与被测样品的表面介电常数成正比例关系。引入一个已知介电常数的样品作为参比样品。比较被测样品和参比样品的抛物线系数，得到被测样品的介电常数。此方法消除了由针尖几何形状的不确定性带来的影响。测定聚乙烯咔唑(PVK)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)和聚苯乙烯(PS)样品的表面介电常数验证了此方法的可靠性。　　 4.宏观非线性介电系数的测量已经非常成熟，但是纳米微区内非线性介电系数的测量仍是一个难题。作者探索了一种EFM测定材料纳米微区非线性介电系数的实验方法。当针尖电压比较高时，由于针尖电场对样品表面的强极化作用，作用到针尖的静电力包括针尖电荷与样品线性极化作用力和非线性极化作用力两部分。通过针尖振动相位变化与非线性极化作用力之间的关系，计算得到样品非线性介电极化系数。作者研究了金膜表面的非线性介电极化系数。　　 5.研究复合材料纳米微区相分离过程对于开发强电场条件下性能稳定的复合材料非常重要。作者研究了复合薄膜材料在EFM导电针尖电场驱动下纳米微区相分离过程。实验表明，在外电场吸引力的诱导下，复合材料中极性小分子可以向表面迁移，发生相分离，导致材料的性能降低。　　 6.单根单壁碳纳米管可以作为一维导线的模型材料，具有特殊的力学，电学和热学性质。测定单根碳纳米管的电学性质无论在理论还是在应用方面都是非常有必要的。作者建立了一种定量测定单根单壁碳纳米管径向电极化率的实验方法。实验发现单壁碳纳米管径向电极化率与碳纳米管半径的平方成正比例。当单壁碳纳米管在足够强的电场极化作用下，EFM可以探测到单根碳纳米管的径向二阶非线性效应，实验表明二阶非线性效应与碳纳米管的半径没有关系。