原子力显微镜AFM

1、原子力显微镜Atomic force microscopy，AFM，望京风，绿色，1。概述2 .AFM工作原理和工作模式3。应用程序和案例说明，1 .一般来说，显微镜是理解材料微观结构的重要方法，其发展过程是从光学显微镜电子显微镜中扫描探针技术。微米，亚微米到纳米，甚至原子分辨率，对微世界的认识越来越深。自动力显微镜(AFM)是应用最广泛的扫描探测显微镜(scanning probe microscopy，SPM)。1.1扫描探针显微镜，扫描探针显微镜(SPM):使用锋利的探针扫描样本表面，在扫描过程中记录探针和样本的相互作用，以获取样本的表面信息。表1.1 STM与AFM的比较、表1.2 A

2、FM、TEM和SEM的主要性能指标、1.2 AFM的主要功能、高空间分辨率说明了物质表面微结构；可用于表征固体物质表面局部小区域的机械和物理特性，例如粗糙度、弹性系数、硬度、粘弹性特性等；利用AFM针端的原子分子迁移，纳米大小的材料表面微加工，表面改性或大分子取向和信息技术的高密度存储技术变化。2 .AFM工作原理和工作模式；2.1 AFM的结构和工作原理；图2.1 AFM的结构和原理图；力F和变形z的关系：F=k z k:微悬臂梁的弹性常数z:微悬臂梁发生的小弹性变形；微悬臂梁的小变形大小检测方法：光学检测方法电容检测方法；电容检测方法图2.3各种工作模式在针尖-试样力曲线上的范围、2.2.

3、1接触模式、图2.4接触模式工作原理、探针接触样品表面、变形、向上弯曲； 接收器Up-Down信号已更改。反馈系统通过Vz控制扫描仪的伸缩，使Up-Down信号保持恒定。在每个扫描点(x，y)记录的伸缩电压v (x，y)；样例的曲面形状t (x，y)计算为V(x，y)。a .高度图像、b .偏差图像、成像信号是针尖-样品的实际垂直方向力和工人选择的力大小的差值。a、b和图2.5 Si片ALD 100nm ZnO的AFM图。a .高度图像；b .偏差图像、c .侧向力图像、图2.6接触模式是测量悬臂梁扭转的示意图，可以表征样本每个区域的不同组件，以反映样本每个区域的不同机械和耦合特性。图2.7云

4、母薄膜相分离磷脂-蛋白质层高度成像(a)和侧向力成像(b)，2.2.2轻敲模式，系统生成振动信号，在共振状态下上下振动；探针接近样本时，样本表面起伏会改变振幅。反馈系统通过Vz控制扫描仪的伸缩，使振幅信号保持不变。在每个扫描点(x，y)记录的伸缩电压v (x，y)；样例的曲面形状t (x，y)计算为V(x，y)。图2.8挖空模式原理图，a .高度图像，b .相位图像，图2.7相位成像原理图，通过检测驱动微悬臂梁振动的信号和微悬臂梁实际振动的相位角度差异进行成像。图2.8有机薄膜的高度图像(a)和相位图像(b)，相位图像对不同粒子及其边界有更强的反差，并提供了纳米尺度下样品的表面成分、摩擦、粘弹

5、性等特性的分析。表2.1接触模式与爆震模式比较，2.2.3接触模式控制样本表面上方520nm距离处的扫描，使用针尖-样本之间的相互弱张力力(vanderhua吸引)将微悬臂梁的固有振动频率峰值偏移用作反馈信号成像。但是这种模式：需要高灵敏度探针。生成的图像分辨率低。针尖也容易被表面吸附气体的表面压力吸附到样本表面，导致图像数据的不稳定和样本损坏。，3 .应用和案例分析，(1)高度分析，图3.1石墨烯片的AFM图，薄膜厚度0.975纳米，(2)粒度(分布)分析，图3.2 CNT生长基板的AFM图。a .高度图像；b .拓扑图像；c .粒度分析报告，平均粒度大小为27.98nm，(3)粗糙度分析，图3.3 ZnO薄膜粗糙度分析报告，系统可以对图像执行自相关分析。相关运算用于比较两个图像的相似性。自相关分析常用于分析具有周期性结构的图像，有助于查找图像的迭代结构。(4)自相关分析，图3.4周期性结构表面的图像(a)和自相关分析后的图像(b)，图