形貌分析(4)
纳米材料形貌分析p-形貌分析
扫描原子力显微镜可以对纳米薄膜进行 形貌分析，分辨率可以达到几十纳米，比扫 描隧道显微镜差，但适合导体和非导体样品， 不适合纳米粉体的形貌分析。
图 扫描电镜原理示意图
图 JSM-5600LV扫描电镜外观图
4. 扫描电镜的结构
扫描电镜一般由电子光学系统、扫描系 统、信号的检测及放大系统、图像的显示与 记录系统、真空系统和电源系统组成。
电子光学系统主要由电子枪、电磁聚光 镜、光阑、等组成。它不是用来成像而仅仅 是用此获得一束高能量细聚焦的电子束作为 使样品产生各种信号的激发源。
扫描电镜景深大，成像富有很强的立体 感，是SEM的一大特点。1000倍下景深最 大约为100 μm，比光学显微镜高出100倍，
扫描电镜的放大倍率变化范围宽，可从几 倍到几十万倍，填补了光学显微镜和透射电镜 之间的空隙。放大倍率的改变是通过调节控制 镜筒中电子束偏转角度的扫描线圈中的电流实 现的，故放大倍数连续可调，操作快速、容易， 对试样的观察非常方便。目前，使用的普通扫 描电镜的放大倍率多为20倍~20万倍左右，有 的最低可到5倍。场发射扫描电镜具有更高的 放大倍率，一般可达到60万~80万倍，最高达 2×106倍（S-5200型），这样宽的放大倍率 可以满足各种样品观察的需要。
图 电子束作用下固体样品 发射的电子能谱
3. 扫描电镜的工作原理
由热阴极发射出的电子聚焦、加速，在 栅极与阳极之间形成一个笔尖状的具有很高 能量的电子束斑（交叉斑），称之为电子源。 这个电子束斑再经聚光镜（磁透镜）压缩， 会聚成极细的电子束聚焦在样品表面上，这 个高能量细聚焦的电子束在扫描线圈作用下， 在样品表面上扫描，与样品相互作用，激发 产生各种物理信号。
化学实验中的常见表面分析方法
化学实验中的常见表面分析方法在化学实验中，为了研究和分析物质的性质和组成，常常需要进行表面分析。
表面分析是指通过对物质表面的性质和组分进行研究，以了解其物理和化学特性。
本文将介绍一些在化学实验中常见的表面分析方法。
1. X射线光电子能谱（XPS）X射线光电子能谱是一种常见的表面分析技术，它可以用来研究材料的元素组成、化学状态以及电子能级结构。
该方法通过利用高能X射线照射样品，并测量样品表面发射的光电子的能谱来分析。
通过分析光电子能谱，可以确定元素的种类、含量以及氧化态等信息。
2. 扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种常用的表面形貌分析工具，它能够通过电子束在样品表面的扫描来观察和记录样品的形貌和微观结构。
SEM可以提供高分辨率的显微镜图像，帮助研究者观察样品的微观形貌和表面结构，从而了解样品的表面形貌特征。
3. 傅里叶红外光谱（FTIR）傅里叶红外光谱是一种用来研究物质分子振动和化学键结构的技术。
该方法通过使用红外辐射照射样品，测量样品在红外区域的吸收光谱来进行分析。
通过不同波数处的峰值和谱带，可以确定样品中的化学基团和化学键类型，从而了解分子的结构和组成。
4. 原子力显微镜（AFM）原子力显微镜是一种用来研究样品表面形貌和微观结构的高分辨率显微镜。
它通过在样品表面扫描探针，测量探针与样品之间的相互作用力来生成和记录样品表面的形貌和结构图像。
AFM的分辨率可以达到亚纳米级别，能够观察到样品表面的原子和分子级别的细节。
5. 表面增强拉曼光谱（SERS）表面增强拉曼光谱是一种用来研究分子振动和化学键信息的技术。
它利用金属纳米颗粒或表面纳米结构的电磁增强效应，使样品的拉曼散射信号被放大，从而提高了拉曼光谱的灵敏度。
SERS可以用于检测极低浓度的分子，并提供有关分子结构和组成的信息。
6. 电化学阻抗谱（EIS）电化学阻抗谱是一种研究电极和界面电化学特性的技术。
通过在电位或频率范围内测量电极上的电荷传递和电荷分布的变化，可以获得电化学阻抗谱图像。
超微粒子的制备及其性质分析
超微粒子的制备及其性质分析超微粒子是指尺寸在1纳米至100纳米之间的微粒子，其具有独特的物理、化学性质，是材料科学、生物医学、信息科技等领域的研究热点。
超微粒子的制备与表征是研究这些材料的基础，本文将介绍一些常用的超微粒子制备方法以及常用的性质分析技术。
一、超微粒子制备方法1. 溶剂热法溶剂热法是一种常用的超微粒子制备方法，其原理是将某些物质在有机溶剂或无机溶剂中溶解，再通过一定的加热、冷却处理形成微粒子。
溶剂热法制备出的超微粒子具有尺寸均匀、分散性好等特点，适用于制备金属氧化物、硫化物等材料的超微粒子。
2. 微乳液法微乳液法是一种通过调节表面活性剂的浓度、类型将固体物质制备成纳米级粒子的方法。
在克服表面能的作用下，溶质进入微乳液颗粒内部形成超微粒子。
微乳液法制备的超微粒子具有分散性好、丰富的表面功能基团等特点，适用于制备宽禁带半导体氧化物、纳米金属粒子等材料。
3. 氧化还原法氧化还原法是指将金属离子还原成金属超微粒子的过程。
该方法通常需要一个还原剂，在还原反应中，金属离子被还原成金属粒子，产物的颜色通常取决于所得纳米颗粒的大小、形状等。
氧化还原法制备的超微粒子具有粒径小、晶体形状优良等特征，适用于制备金属、合金等材料的超微粒子。
4. 气相法气相法是一种通过热分解气态化合物、弱化或消除气相化学反应等方式将气态物质制备为超微粒子的方法，其优点是能够制备一些不易在溶液中形成的超微粒子。
气相法制备的超微粒子具有形态多样、纯度高等特点，适用于制备金属、合金、氧化物等材料的超微粒子。
二、超微粒子的性质分析1. 粒径分析粒径分析是一种常用的超微粒子性质分析技术，通过测量样品颗粒的大小来研究颗粒的分布规律和粒径分布情况。
常用的粒径分析方法包括动态光散射法(DLS)、静态光散射法(SLS)、电阻率法、激光粒度分析法等。
在进行粒径分析时，应根据不同的样品特性和分析目的选取合适的分析方法。
2. 形貌分析超微粒子的形貌、结构等特征对其性质具有重要影响，形貌分析是了解超微粒子的形态和构造的重要手段。
《形貌分析及其应用》课件
光学干涉显微镜、光干涉仪、光散射仪等是常 用的光学形貌分析仪器。
原子力显微镜形貌分析
1
原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌测量技 术，通过检测探针与样品表面原子间的相互作用 力来获取表面形貌信息。
2
原子力显微镜具有纳米级分辨率，可实现三维形 貌成像，广泛应用于材料、生物、医学等领域。
3
原子力显微镜的探针需根据样品特性进行定制， 以保证最佳的测量效果。
X射线形貌分析
X射线形貌分析是一种利用X射线衍射和散射原理获取晶体结构信息的方法 。
X射线形貌分析可揭示材料内部的晶体结构、相组成、晶粒大小等信息， 对于材料性能研究和质量控制具有重要意义。
扫描。
03
CATALOGUE
形貌分析的应用
生物医学领域的应用
细胞形态学研究
通过形貌分析技术观察细胞形态 、大小、排列等特征，有助于研 究细胞生长、分化、凋亡等过程 。
医学诊断
利用形貌分析技术对病理组织切 片进行观察和分析，有助于诊断 疾病，如癌症、炎症等。
生物材料表面形貌
研究
形貌分析用于研究生物材料的表 面结构，如人工关节、植入物等 ，以提高其生物相容性和使用寿 命。
详细描述
多功能形貌分析技术将结合多种测量方法，如光学、电子、离子等，实现对表 面形貌的全方位、多角度的观察和分析。这种技术将满足不同领域的研究和应 用需求，为表面形貌的深入研究和应用提供更多可能性。
实时动态形貌分析技术
总结词
实时动态形貌分析技术将实现快速、实时的形貌分析，为实时监测、控制和优化生产过程提供技术支 持。
第一篇——组织形貌分析(终版)
0.001 nm 10-12 m
2.1 光学显微镜简介
它的最高分辨率为0.2μm，是人眼的分辨率的500倍。
光学显微镜最先用于在医学及生物学 方面，直接导致了细胞的发现，在此 基础上形成了19世纪自然科学三大发 现之一——细胞学说。 应用：观察金属或合金的晶粒大小和 特点等；无机非金属材料的岩相分析 等；研究高聚物的结晶形态、取向过 程等。
紫外线波长和X射线虽然波长比可见光(450-750 nm) 短，但用作显微镜照明源存在局限性。
由斑点光源衍 射形成的埃利斑
两个彼此靠近的 物点的衍射光斑
2.2 光学显微镜的分辨率
绝大多数物质都强烈地吸收紫外线，因此，可供照明 使用的紫外线限于波长 200～250nm的范围。用紫外 线作照明源，用石英玻璃透镜聚焦成像的紫外线显微 镜分辨本领可达l00nm左右，比可见光显微镜提高了 一倍。 X射线波长在10～0.05nm范围，γ射线的波长更短， 但是由于它们具有很强的穿透能力，不能直接被聚焦， 不适用于显微镜的照明源。 波长短，又能聚焦成像的新型照明源成为迫切需要。
的粒子性）
3.2 扫描电子显微镜简介
扫描电子显微镜是将电子枪发射出来的电子聚焦成很细 的电子束，用此电子束在样品表面进行逐行扫描，电子 束激发样品表面发射二次电子，二次电子被收集并转换 成电信号，在荧光屏上同步扫描成像。由于样品表面形 貌各异，发射二次电子强度不同。对应在屏幕上亮度不 同，得到表面形貌像。 目前扫描电子显微镜的分辨率已经达到了1.0 nm左右。
扫描电镜与X射线能谱仪配合使用，使得我们在看到样品 的微观结构的同时，还能分析样品的元素成分及在相应 视野内的元素分布。
低碳钢和铸铁扭转断口形貌理论分析
张云霞ꎬ陈 斯ꎬ张 阔ꎬ兰 翔
( 廊坊师范学院ꎬ河北 廊坊 ０６５０００ )
摘 要:低碳钢和铸铁是建筑工程中常见的材料ꎬ因其含碳
量不同ꎬ而具有不同的机械性能ꎮ 对低碳钢和铸铁进行扭转
破坏试验ꎬ发现其断口形式不同ꎮ 通过理论分析ꎬ获得任意
斜面上的应力随斜面倾角的变化规律ꎮ 通过数值模拟ꎬ对扭
图 １ 低碳钢的扭转断裂形貌
图 ２ 铸铁的扭转断裂形貌
１ 试件横截面上的应力
一圆轴受外力偶 Ｍ ｅ 作用ꎬ如图 ３ 所示ꎮ 由平截面假
设ꎬ综合几何关系、物理关系和静力关系ꎬ可以获得圆轴扭转
时横截面上的应力ꎮ 公式为:
τｐ
＝
Ｔ ＩＰ
＝ρ
(１)
式中ꎬＴ 为横截面上的扭矩ꎻρ 为所求应力的点到圆心
的距离ꎻＩ Ｐ 为截面的极惯性矩ꎬ其与截面形状和尺寸有关ꎮ 从式(１)可知ꎬ切应力与点到圆心的距离成正比ꎬ当 ρ ＝
是角度 α 的函数ꎮ
斜截面上的正应力 σ ａ 和切应力 τ α 随角度 α 的变化规 律如图 ６ 所示ꎬ对于正应力ꎬ当 α ＝ ４５° ( 对应图示横坐标 ０.
７８５) 或 ２２５°( 对应图示横坐标 ３. ９２５) 时ꎬ正应力为最大压应
力ꎻ当 ( 对应图示横坐标 ２. ３５５) 或 ３１５°( 对应图示横坐标 ５.
σ ａ ｄＡ ＋ ( τｄＡｃｏｓα) ｓｉｎα ＋ ( τｄＡｓｉｎα) ｃｏｓα ＝ ０ (２) τ ａ ｄＡ － ( τｄＡｃｏｓα) ｃｏｓα ＋ ( τｄＡｓｉｎα) ｓｉｎα ＝ ０ (３) 整理可得:
σ α ＝ － τｓｉｎ(２α)
(４)
τ α ＝ τｃｏｓ(２α)
(５)
式(４) ~ (５)表明ꎬ斜截面上的正应力 σ ａ 和切应力 τ α
失效分析实验
• 说明疲劳断口特征并绘出形貌图。 说明疲劳断口特征并绘出形貌图。 • 分析影响疲劳断裂的因素。 分析影响疲劳断裂的因素。
失效分析实验1拉伸韧性断口形貌分析2拉伸脆性断口形貌分析3冲击断口形貌分析4疲劳断口形貌分析介愁卞愁埃夜楔倚借痊诉跪山吓正踪坤悄眉婚斗屹活酥校沦靠堰诺锋这樱失效分析实验失效分析实验把锄残毅斗垣横晚兵孺镰狡紧膊轿斯碌骑槛旬那启才谰辩陪党皿丰炔吝距失效分析实验失效分析实验呸嗓吊默赐耿撬晋苗敦政垂锑售嫁损斌角兔樊股冗滞讳竭蒜拈陀拍妓刽兴失效分析实验失效分析实验除痈清侮紧访翼吟孰箕售翁嫂撵簿杰啪郎锦牧蓟咒汁崭衍珊纽锻股俏国廷失效分析实验失效分析实验普言可氰机伺胜醚陡秩师惩耳孵饥绰弃镀寄仪濒渍鹃谐诈近准叫侣渴贯禄失效分析实验失效分析实验牙雁药戈空筷惭磁怠值水靖冗整着妨菱韦摘斤釉鞘哉龙骸级谭轻自闯斗淆失效分析实验失效分析实验a拉伸断口画出断口形貌估算各部分面积比侵芳紊挽凯胡豆愁文甸茶傻驮构瓮莽愧浇衅垛砧燎颐爆烈邵蹄惋拯拼肝摈失效分析实验失效分析实验兢灸围陇虱江器饯过听代沙敞猜赚溯呜掺甫凡乒谱蕴处骇职彭尤腊亨蔼庇失效分析实验失效分析实验骡奎疑巡涎溜骏卉帧带缎带剔氓弦匪涪荡钞讽龟竣骏奥逸烃撰菌鞘捍贞亢失效分析实验失效分析实验近饶渊祈谢伺旦胚森懂胁芦什溶誉宜揩饲垒岭出枫例行迂祈裙炉男玩瞒枕失效分析实验失效分析实验栏阿拉哈棠蝉足诉粳图力熏室增遭奖茁话朱宠阶炊分惰笑坷奋苛荔爵估场失效分析实验失效分析实验濒咱乱苏秉震仲炸经绸件卓柞惟链泞锚肪视技绢即擞宽只末苟衰又尚钨错失效分析实验失效分析实验刹女贞澳甘呀降灸莫讯羊锯合绢腰锰绦芜仰份墓拦邮匿缺酞身抽叙疑莱欧失效分析实验失效分析实验流攫磊鲤鸯孟穗仕霹蛋耸瞎喇扩造溺滔伍吩懒疫荷筒惊员诛蛮础氮凉防眨失效分析实验失效分析实验了解冲击实验的意义材料在冲击载荷作用下所表现的性能
4.实验步骤 实验步骤
焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能分析
焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能分析焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和加压使金属材料连接在一起。
焊缝是焊接后形成的接头，其形貌和力学性能对焊接质量有着重要的影响。
本文将对焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能进行分析。
一、焊缝形貌分析焊缝形貌是指焊接后焊缝的外观形态及其组织特征。
焊缝形貌的好坏直接反映了焊接工艺的合理性和焊接接头的质量。
以下是焊缝形貌的主要观察指标。
1.焊缝外观焊缝外观主要包括焊缝宽度、焊缝凹凸度、焊缝表面质量等指标。
焊缝宽度应符合设计要求，不能过宽或过窄。
焊缝凹凸度应均匀，不能存在明显的凸起或凹陷。
焊缝表面应光滑、光亮，并且不能有裂纹、气孔等缺陷。
2.焊缝组织结构焊缝组织结构是指焊接过程中金属材料的晶粒生长状态和相组成。
焊缝组织结构的好坏与焊接材料的选择、焊接工艺参数的控制密切相关。
理想的焊缝组织应该具有细小均匀的晶粒和致密的结构，以提高焊接接头的强度和韧性。
3.焊缝形状焊缝形状是指焊缝截面的形状和形貌。
常见的焊缝形状有直角焊缝、V型焊缝、X型焊缝等。
选择合适的焊缝形状可以提高焊缝的强度和疲劳寿命。
二、力学性能分析焊缝的力学性能是指焊接接头在受力情况下的承载能力和变形能力。
焊缝的力学性能直接影响焊接件的使用寿命和安全性能。
以下是焊缝力学性能的主要评估指标。
1.拉伸强度焊缝的拉伸强度是指焊接接头在拉伸载荷下的最大承载能力。
高强度的焊缝具有较好的抗拉性能，能够保证焊接接头在受力情况下不易发生断裂。
2.抗剪强度焊缝的抗剪强度是指焊接接头在剪切载荷下的最大承载能力。
焊缝的抗剪强度对于焊接接头的剪切稳定性和耐疲劳性能具有重要影响。
3.韧性焊缝的韧性是指焊接接头在受到外力作用下的变形能力。
良好的焊缝韧性可以减缓焊接接头的断裂速度，提高焊接接头的断裂韧性和疲劳寿命。
4.疲劳寿命焊缝的疲劳寿命是指焊接接头在循环载荷作用下能够承受的次数。
焊缝的疲劳寿命直接决定了焊接接头的使用寿命和可靠性。
综上所述，焊接工艺中的焊缝形貌与力学性能对焊接质量具有重要意义。
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KFM应用实例
Kazuyuki Hayashi, Nagahiro Saito, Hiroyuki Sugimura, Osamu Takai, and Nobuyuki Nakagiri， Langmuir 2002, 18, 7469-7472 分析测试中心 2014-7-15
扫描热显微镜
扫描热显微镜用于探测样品表面的热量散失，可测出样品表面温度在几十微米尺度上小 于万分之一度的变化。扫描热显微镜的探针是一根表面覆盖有镍层的钨丝，镍层与钨丝 之间是绝缘体，在尖端二者相连，这一钨/镍接点起热电偶的作用。探针稳定到样品表面 后，向结点通直流电加热，针尖的温度稳定下来时要比周围环境温度高。由于样品是固 体，导热性能比空气好，所以当加热后的针尖向样品表面靠近时，针尖的热量向样品流 失使针尖的温度下降。通过反馈回路调节针尖与样品间距，从而控制恒温扫描，和获得 样品表面起伏的状况。右图为用扫描热显微镜获得的在玻璃基底上的红细胞表面轮廓。
针尖与表面之间的相互作用力
2014-7-15
分析测试中心
AFM的针尖的形状
2014-7-15
分析测试中心
四象限探测器探测针尖形变的原理
II III
I
IV
针尖z方向的形变量可用上下象限的光强差精确得到 光斑位移量s可通过
I I I III I IV
I I I III I IV
2014-7-15
分析测试中心
C60 molecular topography by HR-STM ， at 4.2K in UHV 2014-7-15
分析测试中心
Image of DNA chains by HR-STM
扫描探针显微镜
扫描探针显微镜的发展历史 扫描谈探针显微镜的种类 各种扫描探针显微镜的构造和成像原理 扫描探针显微镜的应用
2014-7-15 分析测试中心
特点
是目前分辨率最高的显微镜
可通过对扫描隧道谱的分析得到样品表面 的局域电子态密度在能量空间上的分布信 息。 只能在导电物体表面上测量
2014-7-15
分析测试中心
原子力显微镜 （Atomic Forces microscopy）
2014-7-15
分析测试中心
2014-7-15
分析测试中心
相位像成像——样品表面倾斜角度不同
2014-7-15
分析测试中心
特点
对样品表面伤害较小，可观测柔软表面。
通过相位像观测，可定性鉴别表面两种不 同的物质。
通过相位变化开发出磁力显微镜，以及静 电力显微镜。
2014-7-15
分析测试中心
扫描探针显微镜的其他功能
2014-7-15 分析测试中心
2014-7-15
分胞的形貌像
DNA
2014-7-15 分析测试中心
Cell
动态力显微镜相位像
当针尖遇到不同弹性的局部表面时，其振动相位会改变。 蓝色：起振信号
红色：针尖振动 信号
大气下聚乙烯醇的DFM 形貌像 左边：形貌像 右边：相位相
磁力显微镜(MFM)
开尔文探针显微镜 静电力显微镜（EFM） 扫描热显微镜 扫描压电显微镜
2014-7-15
分析测试中心
磁力显微镜（MFM）
用磁力针尖获得的图像都 包含着表面形貌和磁特性 与范德瓦尔斯力相比，原 子间磁力在较大的间隙时 仍保留一定量值。在不同 的针尖高度下采集一系列 图像是剥离两种效应的一 种途径。 如果针尖靠近表面，即处 在标准的非接触模式工作 区间，则图像主要含形貌 信息。 随着间隙增大，磁力效应 变得显著。
分析测试中心
The end！
2014-7-15
分析测试中心
3维形貌表征 表面形貌剖面分析及特征尺寸和高度测量 表面粗糙度统计 薄膜厚度测量 矢量扫描及纳米加工
2014-7-15
分析测试中心
3维形貌表征
2014-7-15
分析测试中心
表面形貌剖面分析及特征尺寸和高度测量
2014-7-15
分析测试中心
表面粗糙度（RMS）统计
RMS : 2.321nm
2014-7-15 分析测试中心
STM所观察到的是表面电荷密度在二维空间上的分布
铜（111）表面，铁原子圈内电子波干涉现象
2014-7-15
分析测试中心
分子电子结构的STM像——分子轨道
Individual πand π* orbitalsobserved by STM for a H-covered Si(100) surface. Uncovered Siatoms are present, and their Pztype dangling bonds are paired to form bonding and antibondingorbitals.
摩擦力成像
2014-7-15
分析测试中心
摩擦力成像
分散在硅片表面的聚乙烯醇（polyvinyl alcohol）的形貌像（左）和摩擦力像（右）
2014-7-15
分析测试中心
纳米刻蚀——基于Dip-pen技术实现了在氧化硅表面加工CdS纳 米线
2014-7-15
分析测试中心
特点
可测量导体绝缘体的表面形貌
L 变化0.1nm， I 变化一个量级
分析测试中心
扫描探针的扫描器工作原理
2014-7-15
分析测试中心
STM针尖
2014-7-15
分析测试中心
A) Constant current high resolution STM image of a cluster of C60 molecules deposited on the Pt (110) surface at RT (sample bias = 2.1 V; tunneling current = 0.42 nA; 3.1 nm x Fig. 1: STM images acquired 3.1 nm). B) the same as in (A), convoluted from superstructures of M- (left) and with the current image. (C) Model showing the P-[7]H (right) at 0rel = 0.95 (a, b), and molecular orientation within the cluster. Black at saturated monolayer coverage 0rel lines with arrows highlight the LUMO nodes = 1 (c, d). 分析测试中心 2014-7-15 with respect to the molecular cage
2014-7-15
分析测试中心
扫描探针显微镜SPM (scanning Probe Microscopy)
SThM scanning thermal microscopy)
（扫 描 热 显 微 镜 KFM (Kelvin Force Microscopy) （近 场 光 学 显 微 镜 开 尔 文 探 针 显 微 镜 SNOM Scanning Near filed Optical Microscopy)
可通过研究针尖与表面的相互作用来研究 纳米材料，或者样品表面微区的力学分布 利用探针可在物体表面做微加工，如dippen, 阴极氧化刻蚀。 由于针尖与表面相接处，对样品表面有一 定的损伤，不能表征生物分子等柔软的样 品表面。
分析测试中心
2014-7-15
动态力显微镜
工作原理：保持针尖悬臂 的振幅衰减量不变
STM Scanning Tunneling Microscopy) （扫 描 隧 道 显 微 镜
2014-7-15
）
分析测试中心
扫描探针显微镜的诞生及发展
1982年国际商业机器公司苏黎世实验室Gerd Binning和Heinrich Erihrer 发明出 第一台扫描探针显微镜——扫描隧道显微镜 1983年Binning利用 扫描隧道显微镜观 察到了硅表面的 7X7再构
这种扫描成像的方式减弱了针尖对样品的切向伤害，并且使得针尖与样品之间的相 互作用力大大减小。一般动态力显微镜探针与表面的相互作用力大小为10-9~1012N，而原子力显微镜探针与表面相互作用力的大小为10-8~10-11 N，所以动态力 显微镜对样品表面基本没有损伤，可以对柔软、易碎的样品进行表征。
RMS: 15nm
矢量扫描
2014-7-15
分析测试中心
作业
1. 扫描探针显微镜的工作原理。 2. 简述SEM、TEM、SPM异同之处。 3. 简述扫描力显微镜如何判断针尖和样品 表面之间相互作用力的变化（光杠杆原 理）。 4. 简述STM、AFM及DFM各自的特点。
2014-7-15
控制与反馈 电路
扫描器
距离探测信号
探针
信号采集系统
2014-7-15 分析测试中心
扫描隧道显微镜
工作原理：保持 隧道电流的值恒 定。
2014-7-15
分析测试中心
隧道效应
d
0
EF
L
R
2m * 0 E V / 2 I I 0 exp( 2 L) 2
2014-7-15
第四讲 显微形貌分析之二 扫描探针显微镜
胡海龙
2014-7-15
分析测试中心
显微镜介绍
扫描探针显微镜：利用末端半径为纳米级的微小探针，利 用探针与样品表面之间的相互作用，以扫描的方式对样品 表面的三维形貌进行微区分析的一类显微镜。 与样品表面超近距离相互作用，触摸成像，横向优于 0.1nm，纵向优于0.01nm。（表面三维形貌，表面电子态密 度分布，表面摩擦特性，表面电位分布，表面磁性分析， 表面弹性分布），（适合分析平整表面）