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文档简介

1、AFM 原子力显微镜简介,刘鹏,主要内容,1.概述 2.工作原理 3.仪器介绍 4.成像模式 5.辅助图像 6.AFM应用 7.AFM的缺陷,1.概述,AFM (Atomic Force Microscope)原子力显微镜 以原子间力为理论基础的显微镜，从STM（扫描隧道显微镜）发展而来 以原子尺寸观察物质表面结构 金属、半导体、绝缘体 大气、液体环境下直接观察,精确测量样品的尺寸参数精确测量样品的尺寸参数,在原子力显微镜的系统中，是利用微小探针与待测物之间交互作用力，来呈现待测物的表面之物理特性。,2.工作原理,2.工作原理,将一个对力极为敏感的微悬臂的一端固定，另一端固定针尖 当针尖在样品

2、表面扫描时，因针尖尖端原子与样品表面原子存在的范德华力，使微悬臂产生微小弯曲。 检测悬臂弯曲所造成的微小的位移量，得到样品表面信息,2.工作原理,隧道电流法：当两侧金属靠近到很小间距时，两侧金属表面电子云互相重叠产生隧道电流，电流大小与两侧金属距离有关。灵敏度高,易被污染 光学法 常用,3.仪器介绍,3.仪器介绍,4.成像模式,操作模式 接触模式 非接触模式 轻敲模式,4.成像模式,4.1 接触模式 针尖与样品表面距离小，利用原子间的斥力 可获得高解析度图像 样品变形，针尖受损 不适合表面柔软的材料,接触模式,样品表面,针尖,4.成像模式,4.2 非接触模式 针尖距样品表面5nm20nm 不损

3、伤样品表面，可测试表面柔软样品 分辨率低 误判的现象,非接触模式,接触模式,4.成像模式,4.3 轻敲模式 探针在Z轴维持固定频率振动，当振动到谷底时与样品表面接触 对样品破坏小 分辨率几乎与接触模式相同,5.辅助图像,在不同模式下进行扫描时，通过记录其他的信号成像，可以得到形貌图的辅助图像，例如接触模式下的偏移图（错位信号图）和振幅图，以及轻敲模式下的相图。,1.偏移图（错位信号图） 在接触模式下，通过记录反射激光束在PSPD上的即时信号与预设信号之间的电压差而成像。,5.辅助图像,2.振幅图 在接触模式下，给微悬臂加上一个小振幅、低频率的简谐振动后（力调制技术），通过记录微悬臂振幅的变化而成像。,3. 相图 是与振幅图相类似，在轻敲模式下，通过记录高频振动的针尖在接触样品表面后，振动相位的变化（滞后）程度而成像。,6.AFM应用,观测样品表面形貌,云母的原子像（接触模式）,DVD光盘表面（接触模式）,6.AFM应用,观测样品表面形貌,PE膜，左图为高度图，右图为相图,6.AFM应用,观测样品表面形貌,高分子的片晶和球晶结构,6.AFM应用,观测生物样品,-DNA,霍乱菌,6.AFM应用,表面信息统计分析,7.AFM的缺陷,1.较小的扫描范围，100m到10nm，容易将局部的、特殊的结果当作整体的结果而分析，以及使实验结果缺乏重现性。

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