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原子力顯微鏡研究的一些基本術(shù)語解釋

閱讀:2012      發(fā)布時(shí)間:2022-7-11
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   原子力顯微鏡(AFM)是利用檢測(cè)樣品表面與細(xì)微的探針針尖之間的相互作用力(原子力)測(cè)出表面的形貌。探針尖尖在小的軔性的懸臂上,當(dāng)探針接觸到樣品表面時(shí),產(chǎn)生的相互作用,以懸臂偏轉(zhuǎn)形式檢測(cè)。樣品表面與探針之間的距離小于3-4nm,以及在它們之間檢測(cè)到的作用力,小于10-8N。激光二極管的光線聚焦在懸臂的背面上。當(dāng)懸臂在力的作用下彎曲時(shí),反射光產(chǎn)生偏轉(zhuǎn),使用位敏光電檢測(cè)器偏轉(zhuǎn)角。然后通過計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,從而得到樣品表面的三維圖象。
  完整的懸臂探針,置放于在受壓電掃描器控制的樣品表面,在三個(gè)方向上以精度水平0.1nm或更小的步寬進(jìn)行掃描。一般,當(dāng)在樣品表面詳細(xì)掃繪(XY軸)時(shí),懸臂的位移反饋控制的Z軸作用下保存固定不變。以對(duì)掃描反應(yīng)是反饋的Z軸值被輸入計(jì)算機(jī)處理,得出樣品表面的觀察圖象(3D圖象)。
  對(duì)原子力顯微鏡(AFM)我們應(yīng)了解一些基本的術(shù)語:
  1.卡西米爾效應(yīng)
  金屬導(dǎo)體或介電材料的存在改變了真空二次量子化后電磁場(chǎng)能量的期望值。這個(gè)值與導(dǎo)體和介電材料的形狀及位置相關(guān),因此卡西米爾效應(yīng)表現(xiàn)就成了與這些屬性相關(guān)的力。
  2.接觸模式(Contact Mode)
  AFM直接的成像模式。在整個(gè)掃描成像過程之中,探針針尖始終與樣品表面保持接觸,而相互作用力是排斥力。掃描時(shí),懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結(jié)構(gòu),因此力的大小范圍在10-10-10-6N。若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力,則不宜選用接觸模式對(duì)樣品表面進(jìn)行成像。
  3.非接觸模式(non-contact mode)
  非接觸模式探測(cè)試樣表面時(shí)懸臂在距離試樣表面上方5-10nm的距離處振蕩。樣品與針尖之間的相互作用由范德華力控制,通常為10-12N,樣品不會(huì)被破壞,而且針尖也不會(huì)被污染,特別適合于研究柔嫩物體的表面。
  4.輕敲模式(Tapping Mode)
  輕敲模式介于接觸模式和非接觸模式之間,是一個(gè)雜化的概念。懸臂在試樣表面上方以其共振頻率振蕩,針尖僅僅是周期性地短暫地接觸/敲擊樣品表面。這就意味著針尖接觸樣品時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向力被明顯地減小了,因此當(dāng)檢測(cè)柔嫩的樣品時(shí),AFM的敲擊模式是好的選擇之一。

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