Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.4
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pp.75-80
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2008
This paper presents an atomic force probe for triggering coordinate measuring machines(CMMs). A rigorous comparison is made between touch trigger probe and atomic force probe for CMMs. Typical CMMs(touch trigger probe based CMMs) often lead to some errors associated with object curvature and difference in triggering sensitivity. Their applicability is limited only to hard objects. The aim of this work is to develop a trigger sensor for CMMs using atomic force. In order to show the applicability of atomic force as a trigger sensor, a cylindrical shape is measured with a CMM and an atomic force microscope. Three different touch probe heads with different ball sizes are tested. The experiments show that smaller ball provides better results for curved objects. The experimental results also show that the performance of atomic force as a trigger sensor is about that of the smallest ball probe. In addition, experiments are also performed to measure soft objects. Finally, this paper suggests and verifies a trigger sensor using atomic force for CMMs.
The principle and application of a scanning probe microscopy(SPM) are reviewed briefly, and a low-invasive single cell manipulation and a gene delivery technique using an etched atomic force microscopy(AFM) probe tip, which we call a nanoneedle, are explained in detail. The nanoneedle insertion into a cell can be judged by a sudden drop of force in a force-distance curve. The probabilities of nanoneedle insertion into cells were 80~90%, which were higher than those of typical microinjection capillaries. When the diameter of the nanoneedle was smaller than 400 nm, the nanoneedle insertion into a cell over 1 hour had almost no influence on the cell viability. A highly efficient gene delivery and a high ratio of expressed gene per delivered DNA compared the conventional major nonviral gene delivery methods could be achieved using the gene modified nanoneedle.
Kim, Jong-Ahn;Kim, Jae-Wan;Kang, Chu-Shik;Eom, Tae-Bong
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.24
no.9
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pp.68-75
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2007
The pitch and orthogonality of two-dimensional (2D) gratings have been measured by using a metrological atomic force microscope (MAFM) and measurement uncertainty has been analyzed. Gratings are typical standard artifacts for the calibration of precision microscopes. Since the magnification and orthogonality in two perpendicular axes of microscopes can be calibrated simultaneously using 2D gratings, it is important to certify the pitch and orthogonality of 2D gratings accurately for nano-metrology using precision microscopes. In the measurement of 2D gratings, the MAFM can be used effectively for its nanometric resolution and uncertainty, but a new measurement scheme was required to overcome some limitations of current MAFM such as nonnegligible thermal drift and slow scan speed. Two kinds of 2D gratings, each with the nominal pitch of 300 nm and 1000 nm, were measured using line scans for the pitch measurement of each direction. The expanded uncertainties (k = 2) of measured pitch values were less than 0.2 nm and 0.4 nm for each specimen, and those of measured orthogonality were less than 0.09 degree and 0.05 degree respectively. The experimental results measured using the MAFM and optical diffractometer were coincident with each other within the expanded uncertainty of the MAFM. As a future work, we also proposed another scheme for the measurements of 2D gratings to increase the accuracy of calculated peak positions.
Kim Jong-Ahn;Kim Jae Wan;Park Byong Chon;Eom Tae Bong;Kang Chu-Shik
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.4
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pp.84-91
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2005
We measured the pitch of one-dimensional (ID) grating specimens using a metrological atomic force microscope (M-AFM). The ID grating specimens a.e often used as a magnification standard in nano-metrology, such as scanning probe microscopy (SPM) and scanning electron microscopy (SEM). Thus, we need to certify the pitch of grating specimens fur the meter-traceability in nano-metrology. To this end, an M-AFM was setup at KRISS. The M-AFM consists of a commercial AFM head module, a two-axis flexure hinge type nanoscanner with built-in capacitive sensors, and a two-axis heterodyne interferometer to establish the meter-traceability directly. Two kinds of ID grating specimens, each with the nominal pitch of 288 nm and 700 nm, were measured. The uncertainty in pitch measurement was evaluated according to Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. The pitch was calculated from 9 line scan profiles obtained at different positions with 100 ㎛ scan range. The expanded uncertainties (k = 2) in pitch measurement were 0.10 nm and 0.30 nm for the specimens with the nominal pitch of 288 nm and 700 nm. The measured pitch values were compared with those obtained using an optical diffractometer, and agreed within the range of the expanded uncertainty of pitch measurement. We also discussed the effect of averaging in the measurement of mean pitch using M-AFM and main components of uncertainty.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.11
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pp.75-82
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2004
A metrological atomic force microscope (M-AFM) was developed fur the length measurements of nanometer range, through the modification of a commercial AFM. To eliminate nonlinearity and crosstalk of the PZT tube scanner of the commercial AFM, a two-axis flexure hinge scanner employing built-in capacitive sensors is used for X-Y motion instead of PZT tube scanner. Then two-dimensional displacement of the scanner is measured using two-axis heterodyne laser interferometer to ensure the meter-traceability. Through the measurements of several specimens, we could verify the elimination of nonlinearity and crosstalk. The uncertainty of length measurements was estimated according to the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. Among several sources of uncertainty, the primary one is the drift of laser interferometer output, which occurs mainly from the variation of refractive index of air and the thermal stability. The Abbe error, which is proportional to the measured length, is another primary uncertainty source coming from the parasitic motion of the scanner. The expanded uncertainty (k =2) of length measurements using the M-AFM is √(4.26)$^2$+(2.84${\times}$10$^{-4}$${\times}$L)$^2$(nm), where f is the measured length in nm. We also measured the pitch of one-dimensional grating and compared the results with those obtained by optical diffractometry. The relative difference between these results is less than 0.01 %.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.3
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pp.111-119
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2006
The ultra-precision stage is demanded for some industrial fields such as semiconductor lithography, ultra-precision machining, and fabrication of nano structure. A new stage was developed for those applications in order to obtain nano meter resolution. This stage consists of symmetric double parallelogram mechanism using flexure hinges. The mechanical properties such as strength of the flexures and deformations along the applied force were analyzed using FEM. The stage is actuated by a piezoelectric actuator and its movement was measured by a ultra-precision linear encoder. In order to improve positioning performance, a PID controller was designed based on the identified second order transfer function. Experimental results showed that this stage could be positioned within below 5 nm resolution irrespective of hysteresis and creep by the controller.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.10a
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pp.77-80
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2005
Local probe techniques such as scanning probe microscopy (SPM) or atomic force microscopy (AFM) extended our perception into ultra small world. Specially, the sense of touching was extended by AFM into the micro- and nanoworld and has provided complementary new insights of the microscopic world. In addition, touching objects is an essential step before trying to manipulate things. SPM as a touch sensor not only measure the mechanical properties but also detect different properties such as magnetic, electrical, ionic, thermal, chemical and biophysical properties in nanoscale and even less. Obtaining biophysical measurements, monitoring dynamics and processes together with high-resolution imaging of the biomolecules and cells with rather simpler sample preparation than any other techniques give great attractions to the scientists experimenting with biological samples. Among the many AFM capabilities we will specifically introduce the force plot which is used to measure tip-sample interactions and its application this time.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.8
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pp.812-822
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2004
This paper shows that carbon nanotubes can be applied to a nanopipette. Nano space in atomic force microscope multi-wall carbon nanotube tips is filled with molecules and atoms with charges and then, the tips can be applied to nanopipette when the encapsulated media flow off under applying electrostatic forces. Since the nano space inside the tips can be refilled, the tips can be permanently used in ideal conditions of no chemical reaction and no mechanical deformation. Molecular dynamics simulations for nanopipette applications demonstrated the possibility of nano-lithography or single-metallofullerene-transistor array fabrication.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.489-493
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2000
Turbine blade has trouble of cracking at root region. Fracture surface of blade root is surveyed by SEM and AFM to clear relation between fracture mechanical parameter and surface parameter (striation width and surface roughness). Service stress is predicted by maximum height roughness $R_{max}$, on fractured surface and stress analysis on turbine blade. It is to thought that turbine blade is fractured by abnormal condition such as incorrect fittings between pin and pin hole but isn't fractured by normal service conditions such as steam pressure, centrifugal force and torsional force.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1314-1319
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2009
The design methods of mechanical systems are largely classified into deterministic methods and stochastic methods. In deterministic methods, design parameters are assumed to have fixed values. On the other hand, in stochastic methods, design parameters are assumed to be statistically distributed. When a stochastic method is employed, statistical characteristics of the populations of design variables are assumed to be known. However, very often, it is almost impossible or very expensive to obtain the statistical characteristics of the populations. Therefore a sample survey method is usually employed for stochastic methods. This paper describes the procedure of estimating the statistical characteristics of populations by employing sample data sets. An example of AFM micro cantilever beam is employed to show the effectiveness of the procedure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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