多探针并行原子力显微镜在超高密度信息存储、纳米加工、大范围形貌检测和计量等方面有潜在的应用前景.多探针并行可以提高纳米加工能力、提高超高密度信息存储的读写速度和对大尺寸样品进行无损检测等,因而广泛地受到工业和科研部门的重视.该文根据中国-西班牙国际合作项目,针对当前并行原子力显微镜发展的重点,主要就多探针并行反馈控制、探针阵列针尖与样品之间的逼近及平行控制、多频道数据采集/并行处理/实时显示等技术进行了深入研究,并独立设计、制造了双探针并行原子力显微镜.该论文的主要研究成果有如下几点: 首先,研究了反馈控制回路的各个参数相互之间以及对系统稳定性的影响,对整个反馈回路进行了模拟与仿真,根据仿真的结果对电路进行了优化;采用三点支撑的探针-样品之间的逼近系统,解决了样品-阵列针尖的逼近以及保证样品平面与针尖平面的平行问题,实现大尺寸样品扫描、双探针并行工作;研究并解决了多频道数据采集、并行处理、实时图像显示等问题.着重论述了并行探针的变形检测、并行探针-样品之间的逼近及控制、信号放大、比例积分反馈、扫描及高压驱动、数据采集、实时滤波处理及实时图像显示等部分.并行原子力显微镜采用了层次化、模块化设计,可以作为单探针原子力显微镜使用,还可方便的扩展为其他类型的扫描探针显微镜.研制出的并行原子力显微镜能够并行获得样品的形貌、正压力、摩擦力等信息,能够实时处理、图像化显示采集到的16种数据中9种数据或者曲线显示全部的16种数据. 其次,在层次化、模块化设计的并行原子力显微镜控制软件的基础上,增加了获取力曲线及对力曲线进行力标定功能,分析了力-位移曲线的各种转换关系,使研制的并行原子力显微镜可以作为测试仪器使用;添加了模拟教学内容,以便使用者有良好的使用前培训,减小对仪器的损坏.另外,该论文利用原子力显微镜开展了部分应用研究工作:考虑针尖效应,对纳米粒子的粒径进行了精密测量;研究了纳米粒子在聚四氟乙烯填充体系中分布;利用原子力显微镜纳米加工了二维零位光栅.该文所研制的并行原子力显微镜为以后开展形貌测量、力学性能测试、超高密度信息存储、纳米加工、大范围检测以及计量等研究工作建立了一个良好的平台.