现代材料分析方法-原子力显微镜
现代材料分析方法

现代材料分析方法现代材料分析方法包括物理、化学、电子、光学、表面和结构等多个方面的技术手段,具有快速、准确、非破坏性的特点。
下面将针对常用的材料分析技术进行详细介绍。
一、物理分析方法1. 微观结构分析:包括金相显微镜分析、扫描电镜、透射电镜等技术。
通过观察材料的显微结构、晶粒尺寸、相组成等参数,揭示材料的内在性质和形貌特征。
2. 热分析:如热重分析、差示扫描量热仪等。
利用材料在高温下的重量、热容变化,分析材料的热行为和热稳定性。
3. 电学性能测试:包括电导率、介电常数、介电损耗等测试,用于了解材料的电导性和电介质性能。
4. 磁性测试:如霍尔效应测试、磁滞回线测试等,用于研究材料的磁性行为和磁性特性。
二、化学分析方法1. 光谱分析:包括紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振等。
通过检测材料对不同波长的光谱的吸收、散射等现象,分析材料的组分和结构。
2. 质谱分析:如质子质谱、电喷雾质谱等。
通过挥发、电离和分离等过程,分析材料中不同元素的存在及其相对含量。
3. 电化学分析:包括电化学阻抗谱、循环伏安法等。
通过测量材料在电场作用下的电流、电压响应,研究材料的电化学性能和反应过程。
4. 色谱分析:如气相色谱、高效液相色谱等。
利用材料在色谱柱上的分离和吸附效果,分析材料中组分的种类、含量和分布。
三、电子分析方法1. 扫描电子显微镜(SEM):通过照射电子束,利用电子和物质的相互作用,获得样品表面的详细形貌和成分信息。
2. 透射电子显微镜(TEM):通过透射电子束,观察材料的细观结构,揭示原子尺度的微观细节。
3. 能谱分析:如能量色散X射线谱(EDX)、电子能量损失谱(EELS)等。
通过分析材料与电子束相互作用时,产生的X射线和能量损失,来确定样品的元素组成和化学状态。
四、光学分析方法1. X射线衍射:通过物质对入射的X射线束的衍射现象,分析材料的晶体结构和晶格参数。
2. 红外光谱:通过对材料在红外辐射下的吸收和散射特性进行分析,确定材料的分子结构和化学键。
原子力显微镜的概述

原子力显微镜的概述
原子力显微镜是以扫描隧道显微镜基本原理发展起来的扫描探针
显微镜。
原子力显微镜的出现无疑为纳米科技的发展起到了推动作用。
原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM),一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。
它通过检测待测样品表面和一个微型敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研
究物质的表面结构及性质。
将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定,另一端的微小针尖接近样品,这时它将与其相互作用,作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。
扫描样品时,利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息,从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。
相对于扫描电子显微镜,原子力显微镜具有许多优点。
不同于电子显微镜只能提供二维图像,AFM提供真正的三维表面图。
同时,AFM不需要对样品的任何特殊处理,如镀铜或碳,这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。
第三,电子显微镜需要运行在高真空条件下,原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。
这样可以用来研究生物宏观分子,甚至是活的生物组织。
1。
原子力显微镜图像处理与分析算法研究

原子力显微镜图像处理与分析算法研究随着科学技术的不断发展,原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)成为了一种非常强大的研究材料表面结构和性质的工具。
AFM技术通过对样品表面进行扫描,能够获得高分辨率的几何信息和力学信息,无论是在硬度、导电性或者压电性等方面,都拥有独特的分析优势。
但是,要想得到准确的表面结构和性质信息,则需要对获得的图像进行处理和分析。
本文将主要关注于AFM图像处理以及相关的分析算法研究。
一、AFM图像处理AFM图像处理是将原子力显微镜采集到的表面形貌图像进行处理与分析,从而提取出材料的表面结构和性质信息。
AFM图像的处理流程一般包括四个主要步骤,即预处理、去噪、平滑和分割。
1. 预处理在AFM采集过程中,常常会发生AFM扫描导致扫描头的离开和其他外在因素的干扰,这些因素都会对图像质量造成影响。
因此,预处理是AFM图像处理的第一步,常常包括图像的对齐、亮度和对比度调整等,以提升图像质量的清晰度和准确性。
2. 去噪AFM图像由于各种噪声和干扰因素,可能会出现“块状效应”、“针状效应”和“条纹效应”等问题,因此需要对图像进行去噪处理。
常用的去噪方法包括中值滤波、高斯滤波和小波变换等。
3. 平滑AFM图像中,原始数据的离散化会在表面形貌和拓扑分析中造成噪声,因此需要将数据进行平滑处理。
常用的平滑方法包括均值平滑、加权平均平滑和高斯平滑等。
4. 分割AFM图像的分割是将整个图像中不同区域的信息分开,以便进一步研究和分析。
常用的分割方法包括阈值分割、边界区域生长法(Boundary Region Growing,BRG)和水平分割等。
二、AFM图像分析算法AFM图像处理的最终目的是提取表面形貌和力学等信息,因此常用的AFM图像分析算法主要是用于分析材料的表面形貌、粗糙度和机械性质等多个方面。
下面介绍一些常用的AFM图像分析算法。
1. 表面形貌分析表面形貌分析是指对AFM图像采集到的样品表面几何形貌的分析和描述。
原子力显微镜工作原理

原子力显微镜工作原理原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)是一种利用原子尺度的探针来研究材料表面形貌和性质的高分辨率显微镜。
它是1986年由Binnig、Quate和Gerber等人发明的,是一种非接触式的显微镜,可以在原子尺度上观察材料表面的形貌和性质。
原子力显微镜的工作原理主要是利用微小的探针在材料表面扫描,通过探测探针和样品之间的相互作用力来获取样品表面的形貌和性质信息。
原子力显微镜的工作原理可以简单地描述为,探针在样品表面来回扫描,同时测量探针和样品之间的相互作用力。
这种相互作用力可以分为几种类型,包括吸附力、排斥力、弹性力等。
通过测量这些相互作用力的变化,可以得到样品表面的高度、形貌、硬度等信息。
原子力显微镜的探针一般是由一根非常细的尖端组成,尖端的尺寸可以达到纳米甚至更小的尺度。
当探针接近样品表面时,探针和样品之间会产生相互作用力,这种力可以通过弹簧常数和探针的偏移量来测量。
通过精密的控制系统,可以调整探针和样品之间的距离,使探针始终保持在样品表面附近。
当探针在样品表面扫描时,探针和样品之间的相互作用力会发生变化,这种变化可以被探测器检测到并转换成图像或数据。
原子力显微镜可以实现对样品表面的原子级分辨率成像,能够观察到样品表面的原子排列、晶体结构、表面粗糙度等信息。
此外,原子力显微镜还可以用于测量样品的力学性质,如硬度、弹性模量等。
这些信息对于材料科学、纳米科学、生物学等领域的研究具有重要意义。
除了在实验室中进行科学研究,原子力显微镜还被广泛应用于工业生产中。
例如,在纳米材料制备和表征、集成电路制造、生物医学研究等领域都有着重要的应用价值。
总之,原子力显微镜作为一种高分辨率的显微镜,具有非常重要的科学研究和工业应用价值。
它的工作原理简单清晰,能够实现对样品表面的高分辨率成像和力学性质的测量,为材料科学、纳米科学、生物学等领域的研究提供了重要的手段和技术支持。
原子力显微镜技术的原理和应用

原子力显微镜技术的原理和应用原子力显微镜(Atomic Force Microscopy,AFM)是一种利用压电陶瓷探针与样品之间的相互作用进行高分辨率成像的技术。
相比于传统的光学显微镜,原子力显微镜可以在纳米级别对样品表面形貌、力学性能、电学性质等进行非接触、高分辨率的观测和测量。
原理原子力显微镜的探针是由纳米尺寸的硅或氮化硅材料制成的,具有极高的机械强度和较小的弹性变形。
在扫描过程中,探针会通过扫描头的控制,使探针与样品表面接触,并在靠近距离内感受到样品表面的反弹力。
探针与样品表面之间的相互作用主要有万有引力、范德华力、静电力和化学键作用力等。
在不同的距离范围内,这些相互作用力数量级的变化可能非常大。
通过控制扫描头与样品之间的距离并检测探针反弹的强度,就可以获得样品表面的高分辨率图像。
应用原子力显微镜技术广泛应用于纳米材料和生物学领域中。
以下是原子力显微镜在不同应用领域中的应用情况:材料科学原子力显微镜技术对于纳米级别的材料表面形貌、结构、力学性能和电学性质的研究非常有用。
许多纳米材料例如碳纳米管、石墨烯和纳米线等,都具有特殊的表面结构和力学性能,这些特性是通过原子力显微镜技术进行高分辨率观测和测量得到的。
生命科学原子力显微镜技术可以用于生命科学中对细胞和蛋白质结构的研究。
通过原子力显微镜技术,科学家们可以研究单个分子的形态和机制,并观察生物分子的反应、扩散和结构变化等。
这项技术已经被用于细胞壁的形态学研究、蛋白质折叠过程的研究以及DNA结构的研究等。
纳米电子学原子力显微镜技术还可以用于纳米电子学中,特别是在研究半导体器件和纳米电子学元器件时。
举例来说,它被用于研究纳米晶体管的性能和导电性质,并且成功地对其器件的构造进行了重建和监测。
环境科学原子力显微镜技术可以用于对环境污染物的检测和监测。
例如,它可以用于研究气凝胶的形貌、结构和性质,与污染控制相关的表面湿润性研究等。
总体来说,原子力显微镜是一种高分辨率成像和测量技术,其应用带来了许多已知和未知领域的新见解和突破。
原子力显微镜实验报告

原子力显微镜实验报告实验目的:本次实验旨在通过原子力显微镜对样品进行观测和分析,了解原子力显微镜的工作原理和应用。
实验仪器和材料:1. 原子力显微镜。
2. 样品。
3. 扫描探针。
4. 电脑及相关软件。
实验步骤:1. 将样品固定在样品台上,调整原子力显微镜的位置和参数。
2. 启动原子力显微镜软件,对样品进行扫描。
3. 观察扫描得到的图像,分析样品的表面形貌和结构特征。
实验结果:通过原子力显微镜观察,我们成功地获得了样品表面的高分辨率图像。
图像清晰地显示出样品表面的原子排列和微观结构,为我们提供了宝贵的信息和数据。
实验分析:原子力显微镜是一种非常强大的工具,可以实现对样品表面的原子尺度的观测和分析。
通过调整扫描参数,我们可以获取不同分辨率的图像,从而揭示样品表面的微观结构和性质。
这对于材料科学、纳米技术等领域具有重要的应用意义。
实验总结:本次实验通过原子力显微镜的操作,使我们对其工作原理和应用有了更深入的了解。
原子力显微镜的高分辨率、高灵敏度和非破坏性的特点,使其成为材料科学和纳米技术研究中不可或缺的工具。
通过实验,我们对原子力显微镜的操作技能和样品表面的观测能力得到了提高。
在今后的学习和科研工作中,我们将进一步掌握原子力显微镜的原理和技术,不断拓展其在材料科学、生物医学等领域的应用,为科学研究和技术创新做出更大的贡献。
结语:通过本次实验,我们对原子力显微镜有了更深入的了解,实验结果也为我们提供了宝贵的数据和信息。
相信在今后的学习和科研工作中,我们将能够更好地运用原子力显微镜这一强大的工具,取得更多的成果。
愿我们在科学研究的道路上不断前行,探索出更多的奥秘,为人类的发展进步贡献自己的力量。
化学物质的原子力显微镜

化学物质的原子力显微镜原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)是一种能够获得材料表面拓扑结构信息的先进纳米分析仪器。
利用其高分辨率的成像能力,我们可以观察和研究化学物质的微观结构和性质。
本文将介绍原子力显微镜的工作原理、应用领域以及未来的发展趋势。
一、工作原理原子力显微镜是一种基于在原子尺度上感知力的技术。
其工作原理可以简单概括为通过探针与样品表面之间的相互作用来获取样品表面形貌信息。
其关键部件是一个高精度的微悬臂,类似一个弹簧,其尖端装配有一个纳米级的探针。
当探针靠近样品表面时,通过悬臂的微弯变化,可以感知到与样品表面的相互作用力。
通过记录探针与样品的相对位置变化,就可以重构出样品的表面形貌。
二、应用领域1. 材料科学研究:原子力显微镜可以帮助我们观察材料的晶格结构、表面形貌和纳米尺度下的力学性质。
这对于材料研究和新材料的开发具有重要意义。
2. 纳米电子学:原子力显微镜可以在纳米尺度上探测和调控器件的结构和性能。
这对于纳米电子器件的设计和制备具有重要的参考价值。
3. 生物医学领域:原子力显微镜可用于研究生物材料的表面形貌、细胞力学性质和蛋白质折叠状态。
这对于生物医学研究、药物开发和疾病诊断具有重要作用。
三、未来发展趋势1. 高速成像:目前,原子力显微镜的成像速度相对较慢,通常需要几分钟到几小时来获得一张高质量的成像图像。
未来的发展方向是提高成像速度,实现快速、实时的成像。
2. 多模式集成:当前的原子力显微镜通常只能提供一种成像模式,如接触模式或非接触模式。
未来的发展方向是实现多模式集成,使得同一台仪器能够提供多种不同的成像模式。
3. 原位测量:原子力显微镜通常是在大气环境下进行成像,而在许多应用领域,如材料科学和生物医学,所研究的样品往往需要在真空、高温或湿润等特殊环境下进行测量。
未来的发展方向是实现原位测量,使得原子力显微镜能够适应更多的实际应用需求。
结语原子力显微镜作为一种强大的纳米级成像工具,已经在许多领域展现出巨大的潜力。
原子力显微镜简介PPT课件

引起该相移的因素很多,如样品的组分、 硬度、粘弹性质等。因此可在纳米尺度上获 得样品表面局域性质的丰富信息。
2021
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AFM的工作环境
原子力显微镜受工作环境限制较少,它可以在超高真空、 气相、液相和电化学的环境下操作。 (1)真空环境:真空环境可以避免大气中杂质和水膜的干扰,但其 操作较复杂。最早的扫描隧道显微镜(STM)研究是在超高真空 下进行操作的。后来,随着AFM的出现,人们开始使用真空 AFM研究固体表面。 (2)气相环境:气相环境中,AFM多受样品表面水膜干扰,但其操 作比较容易,它是广泛采用的一种工作环境。它可以在空气中 研究任何固体表面,不受样品导电性的限制。 (3)液相环境:液相环境中,AFM消除了针尖和样品之间的毛细现 象,因此减少了针尖对样品的总作用力。液相AFM可以在液相 中研究样品的形貌,其应用十分广阔,可用于生物体系、腐蚀 或液固界面的研究。 (4)电化学环境:如超高真空系统一样,电化学系统为AFM提供了 另一种控制环境。电化学AFM是在原有AFM基础上添加了电解 池、双恒电位仪和相应的应用软件。电化学AFM可以现场研究 电极的性质.包括化学和电化学过程诱导的吸附、腐蚀以及有 机和生物分子在电极表面的沉积和形态变化等。
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云母的原子像(接触模式)
DVD光盘表面(接触模式)
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蝴蝶翅膀的AFM成像
云母片上的抗体分子的 AFM成像
2021
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生物样品
λ-DNA
霍乱菌
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纳米加工:
利用AFM可以对样品进行表面原子搬运,原子蚀刻,从而制造纳米器件。
用AFM针尖移动Si原子形成的IBM文字
STM针尖移动原子形成的图形文字
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敲击式AFM与接触式和非接触式AFM相比有明显的优点. 敲击式AFM有效防止了样品对针尖的粘滞现象和针尖对样品的 损坏.如图8所示,当遇到固定不牢的样品时,用接触式AFM 成像易使样品因摩擦力和粘滞力被拉起,从而产生假象.用非 接触式AFM成像时,因其分辨率低,所以不能得到样品的精细 形貌.敲击式AFM集中了接触式分辨率高和非接触式对样品损 害小的优点,得到了既反映真实形貌又不破坏样品的图像.敲 击式AFM的另一优点是它的线性操作范围宽,这为反馈系统提 供了足够高的稳定性,从而保证了样品检测的重现性.
敲击式AFM与非接触式AFM比较相似,但它比非接触式 AFM有更近的样品与针尖距离.和非接触式AFM一样,在 敲击模式中,一种恒定的驱动力使探针悬臂以一定的频率振 动(一般为几百千赫).振动的振幅可以通过检测系统检 测.当针尖刚接触到样品时,悬臂振幅会减少到某一数 值.在扫描样品的过程中,反馈回路维持悬臂振幅在这一数 值恒定.当针尖扫描到样品突出区域时.悬臂共振受到阻碍 变大,振幅随之减小.相反,当针尖通过样品凹陷区域时, 悬臀振动受到的阻力减小,振幅随之增加。悬臂振幅的变化 经检测器检测并输入控制器后,反馈回路调节针尖和样品的 距离,使悬臂振幅保持恒定.反馈调节是靠改变Z方向上压 电陶瓷管电压完成的。当针尖扫描样品时,通过记录压电陶 瓷管的移动就得到样品表面形貌图。
图3.1
AFM原理图
1、检测系统
悬臂的偏转或振幅改变可以通过多种方法检测,包括: 光反射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等。目前 AFM系统中常用的是激光反射检测系统,它具有简便灵敏 的特点。激光反射检测系统由探针、激光发生器和光检测 器组成。
2、探针
探针是AFM检测系统的关键部分.它由悬臂和悬臂末 端的针尖组成.随着精细加工技术的发展,人们已经能制 造出各种形状和特殊要求的探针。悬臂是由Si或Si3N4经光 刻技术加工而成的.悬臂的背面镀有一层金属以达到镜面 反射。在接触式AFM中V形悬臂是常见的一种类型(如图3.2 所示).
六、AFM假象
在所有显微学技术中,AFM图像的解释相对 来说是容易的。光学显微镜和电子显微镜成像都 受电磁衍射的影响,这给它们辨别三维结构带来 困难.AFM可以弥补这些不足,在AFM图像中峰 和谷明晰可见.AFM的另一优点是光或电对它成 像基本没有影响,AFM能测得表面的真实形 貌.尽管AFM成像简单,AFM本身也有假象存 在.相对来说,AFM的假象比较容易验证.下面 介绍一些假象情况:
2. 针尖因素
AFM成像实际上是针尖形状与表面形貌作用的结果,针 尖的形状是影响侧向分辨率的关键因素。针尖影响AFM成像 主要表现在两个方面:针尖的曲率半径和针尖侧面角,曲率 半径决定最高侧向分辨率,而探针的侧面角决定最高表面比 率特征的探测能力.如图3.4所示,曲率半径越小,越能分辨 精细结构.
3、光电检测器 AFM光信号检测是通过光电检测器来完成的。激光由光源 发出照在金属包覆的悬臀上,经反射后进入光电二极管检测系 统.然后,通过电子线路把照在两个二极管上的光量差转换成 电压信号方式来指示光点位置。
4、扫描系统
AFM对样品扫描的精确控制是靠扫描器来实现的.扫描器中 装有压电转换器.压电装置在X,Y,Z三个方向上精确控制 样品或探针位置。目前构成扫描器的基质材料主要是钛锆酸 铅[Pb(Ti,Zr)O3]制成的压电陶瓷材料.压电陶瓷有压电效应, 即在加电压时有收缩特性,并且收缩的程度与所加电压成比 例关系.压电陶瓷能将1mV~1000V的电压信号转换成十几分 之一纳米到几微米的位移。
5、反馈控制系统 AFM反馈控制是由电子线路和计算机系统共同完成的。 AFM的运行是在高速、功能强大的计算机控制下来实现的。 控制系统主要有两个功能:(1)提供控制压电转换器X-Y方向 扫描的驱动电压;(2)在恒力模式下维持来自显微镜检测环路 输入模拟信号在一恒定数值.计算机通过A/D转换读取比较 环路电压(即设定值与实际测量值之差).根据电压值不同, 控制系统不断地输出相应电压来调节Z方向压电传感器的伸 缩,以纠正读入A/D转换器的偏差,从而维持比较环路的输 出电压恒定。 电子线路系统起到计算机与扫描系统相连接的作用,电 子线路为压电陶瓷管提供电压、接收位置敏感器件传来的信 号,并构成控制针尖和样品之间距离的反馈系统。
1、接触成像模式
在接触式AFM中,探针与样品表面进行“软接 触”.当探针逐渐靠近样品表面时,探针表面原子与样品 表面原子首先相互吸引,一直到原子间电子云开始相互静 电排斥.如图3.7所示。
这种静电排斥随探针与样品表面原子进一步靠近,逐渐 抵消原子间的吸引力.当原子间距离小于1nm,约为化学键 长时,范德华力为0.当合力为正值(排斥)时,原子相互接 触.由于在接触区域范德华力曲线斜率很高,范德华斥力几 乎抵消了使探针进一步靠近样品表面原子的推力.当探针弹 性系数很小时,悬臂发生弯曲.通过检测这种弯曲就可以进 行样品形貌观察。假如设计很大弹性系数的硬探针给样品表 面施加很大的作用力,探针就会使样品表面产生形变或破坏 样品表面.这时就可以得到样品力学信息或对样品表面进行 修饰.
(2)气相环境:在气相环境中,AFM操作比较容 易,它是广泛采用的一种工作环境.因AFM操作不受 样品导电性的限制,它可以在空气中研究任何固体表 面,气相环境中AFM多受样品表面水膜干扰。
(3)液相环境:在液相环境中.AFM是把探针和样品放
在液池中工作,它可以在液相中研究样品的形貌.液相中 AFM消除了针尖和样品之间的毛细现象,因此减少了针尖对 样品的总作用力.液相AFM的应用十分广阔,它包括生物体 系、腐蚀或任一液固界面的研究.
通常人们用AFM扫描样品表面 时尽可能对样品加很小的力,这样 可以避免对样品表面的损害.然而, 另一极端想法是给样品加足够大的 力,从而达到对样品微观表面进行 修饰的目的.这种想法使得纳米加 工技术成为可能.现在人们用AFM 刻出各种纳米字(图3.9).并用STM 对原子进行搬运.这种技术大大开 拓了人们的机械操纵视野,它对纳 米科学有巨大的潜在作用.
图3.4 不同曲率半径的针尖对球形物成像时的扫描路线
当针尖有污染时会导致针尖变钝(图3.5),使得图像灵敏 度下降或失真,但钝的针尖或污染的针尖不影响样品的 垂直分辨率.样品的陡峭面分辨程度决定于针尖的侧面 角大小.侧面角越小,分辨陡峭样品表面能力就越强, 图3.6说明了针尖侧面角对样品成像的影响。
(1)针尖成像:AFM中大多数假象源于针尖成像.如图3.10 所示,针尖比样品特征尖锐时,样品特征就能很好地显现出 来。相反,当样品比针尖更尖时,假象就会出现,这时成像 主要为针尖特征.高表面率的针尖可以减少这种假象发生.
四、原子力显微镜工作环境
原子力显微镜受工作环境限制较少,它可以在超 高真空、气相、液相和电化学的环境下操作。
(1)真空环境:最早的扫描隧道显微镜(STM)研究 是在超高真空下进行操作的。后来,随着AFM的出现, 人们开始使用真空AFM研究固体表面.真空AFM避免 了大气中杂质和水膜的干扰,但其操作较复杂。
图3.5 针尖污染时成像路线和相应形貌图
图3.6 不同侧面角针尖对样品表面成像路线影响
三、原于力显微镜基本成像模式
原子力显微镜有四种基本成像模式,它们分别是接触 式(Contact mode)、非接触式(non-contact mode)、敲击式 (tapping mode)和升降式(lift mode).
非接触式AFM不破坏样品表面,适用于较 软的样品.对于无表面吸附层的刚性样品而 言.非接触式AFM与接触式AFM获得的表面形 貌图基本相同.但对于表面吸附凝聚水的刚性 样品,情况则有所不同.接触式AFM可以穿过 液体层获得刚性样品表面形貌图,而非接触式 AFM则得到液体表面形貌图。
3. 敲击成像模式
AFM能被广泛应用的一个重要原因是它具有开放性。在 基本AFM操作系统基础上,通过改变探针、成像模式或针 尖与样品间的作用力就可以测量样品的多种性质.下面是一 些与AFM相关的显微镜和技术: 1 . 侧向力显微镜(Lateral Force microscopy,LFM) 2. 磁力显微镜(Magnetic Force microscopy,MFM) 3. 静电力显微镜(Eelectrostatic Force microscopy,EFM) 4. 化学力显微镜(Chemical Force microscopy,CFM) 5. 力调置显微镜(Force modulation microscopy,FMM) 6. 相检测显微镜(Phase detection microscopy,PHD) 7. 纳米压痕技术(nanoindentation) 8. 纳米加工技术(nanolithography)
第15章
其他显微分析方法
一、原子力显微镜原理
AFM的原理较为简单,它是用微小探针“摸索” 样品表面来获得信息.如图3.1所示,当针尖接近样 品时,针尖受到力的作用使悬臂发生偏转或振幅改 变.悬臂的这种变化经检测系统检测后转变成电信 号传递给反馈系统和成像系统,记录扫描过程中一 系列探针变化就可以获得样品表面信息图像.下面 分别介绍检测系统、扫描系统和反馈控制系统。(4)电化学环境源自正如超高真空系统一样,电化学系统为
AFM提供了另一种控制环境.电化学AFM是在原有AFM基 础上添加了电解池、双恒电位仪和相应的应用软件.电化学 AFM可以现场研究电极的性质.包括化学和电化学过程诱导 的吸附、腐蚀以及有机和生物分子在电极表面的沉积和形态 变化等。
五、与AFM相关的显微镜及技术
第五章 原子力显微镜 Atomic Force Microscope __ AFM
原于力显微镜与前几种显微镜相比有明显不 同,它用一个微小的探针来“摸索”微观世界. AFM超越了光和电子波长对显微镜分辨率的限制, 在立体三维上观察物质的形貌,并能获得探针与 样品相互作用的信息.典型AFM的侧向分辨率(x, y方向)可达到2nm,垂直分辩牢(Z方向)小于0.1 nm.AFM具有操作客易、样品准备简单、操作环 境不受限制、分辨率高等优点。