AFM-原子力显微镜

.原子力显微镜AtomicForceMicroscope(AFM ) . 透射式电子显微镜成像偏移的原因球面像差：由开口角的不同引起的折射率的不同：由距轴的距离的变化引起的倍率的变化彗形像差：近轴线和非近轴线的成像场曲：磁场会聚作用的不同色差：电子初始速度完全相同的轴上分散：磁透镜的非严密对称衍射差：由光学显微镜这样的透镜引起的物体、透射式电子显微镜的不足， 工作环境：需要真空样品：直径3mm，厚度数十nm制样复杂信号：无法后处理信号的图像：无色彩，SEM缺陷，分辨率：分辨率受电子束点直径的限制， 分辨率一般只能是10nm的工作条件：必须在真空条件下检测样品：样品需要导电，STM的优点是具有极高分辨率的实时取样表面高分辨率图像的使用环境宽松的应用领域相对较低。 STM的缺陷是，限于直接观测导体和半导体的表面结构的非导电材料，在其表面必须复盖导电膜的表面存在非单一电子状态时，STM得到了表面形态和表面电子特性的综合结果。 AFM的发展概况，1981年，BinnigG和Rohrer提出了扫描隧道显微镜(STM )的原理，1986年获得诺贝尔物理奖。 STM的分辨率达到原子水平，可用于确定导电物质固体表面的原子结构和性质。 l986年，BinnigG是基于扫描隧道显微镜进一步提出的原子力显微镜(AFM )。 AFM能够测量绝缘体的表面形态，达到接近原子分辨率的水平，测量表面的原子间力，测量表面的弹性、塑性、硬度、摩擦力等各种性质。原子力显微镜(AFM )、AFM的优点是能够识别原子水平的高分辨率，即单一原子，放大倍率能够连续调整(数百倍数千倍)。 与以往的电子显微镜、特别是扫描型电子显微镜相比，横向的分辨率(0.1-0.2nm )和纵向的分辨率(0.01nm )非常高。 可实时观察表面的三维立体图像，该实时观察的性能可用于监测表面扩散等物理化学过程。 能够在真空、大气、常温等不同环境下工作，能够将样品浸泡在水和其他溶液中，而且不需要特别的制样技术。 检查中样品无损伤。 能够将导体、半导体、绝缘体等各种样品成像，可用于各种表面膜的实时观察。 无需高真空所需的工作条件，体积小，成本低，性价比高，远低于一般扫描电镜。 AFM的组成、AFM的成像原理、原子力显微镜是通过研究样品表面力与距离的关系得到样品表面形态信息的显微技术。 不是STM的金属探针，而是将前端带有探针的非常敏感的弹簧壁作为传感器元件使用，被称为微悬臂。 固定微小悬臂的一端(对微弱力敏感)，另一端有微小针尖，针尖与样品表面轻轻接触。 针尖顶端的原子与样品表面的原子之间存在极微弱的斥力。 其后，以下2个动作模式的任一个取得与表面形态相关的信息，由计算机收集、处理后，最后成像。 2种动作模式：定高模式(保持样本与探针之间的距离一定，测量每点力的大小)和定力模式(保持样本与探针之间的力一定，测量每点高度的变化)。 检测微悬臂弯曲的方法：选择1-隧道电流法2-电容检测法3-光学检测法(干涉法和光束反射法)检测方法的原则：检测方法本身对悬臂的作用力小到可以忽略的程度。光学检测法、光束反射法-从激光器发出的激光会聚到微悬臂的背面，从其表面反射。 当进行样本扫描时，微悬臂弯曲z，该弯曲将反射角度偏移2z/l，其中，l是微悬臂的长度(通常为100-200m )。 反射光束的偏移可通过灵敏度高的光电二极管检测。干涉法微悬臂具有不需要特别平滑的高反射性表面的优点(对于使用灯丝微悬臂的磁显微镜和静力显微镜特别重要，灯丝微悬臂不应具有高反射性表面)。 微悬臂可以检测0.01nm宽度的弯曲，AFM中的力、两个紧密排列的原子或分子之间的相互作用可以用Lennard-Jones势来表示。 利用排斥力敏感的信号的接触式力显微镜(ContactAFM )是利用吸引力敏感的信号的非接触式力显微镜(Non-contactAFM )。 为了准确反映针尖对样品表面微弱力的变化，Cantilever和针尖的制备非常重要，是确定AFM灵敏度的核心，因此AFM仪器的发展过程实际上是Cantilever的持续改进过程。 Cantilever通常需要(1)满足较低力的弹性系数；(2)较高的力学谐振频率；(3)较高的横向刚性；(4)尽可能短的悬臂长度；(5)Cantilever需要包括镜面或电极，以便能够通过光学或隧道电流方法检测动态位移；(6) 力的传感器元件称为Cantilever，该Cantilever能够检测力的变化。 可以获得原子水平的高分辨率、松散的测试条件、力学等很多信息。 AFM观察始终是样本的外部信息样本固定； 视野限制，AFM的优缺点，AFM的应用，AFM成像(形态观察)力学性能测试电，磁性能测试加工，操纵，云母表面结构AFM成像，在AFM像中，a和b的位置大致相等，石墨表面结构AFM成像，薄膜的AFM成像，硅原子的阶梯图案， 利用标准硅单原子的阶梯分布(高0.31nm )，进行了11nm范围内的AFM高度定标。研究其在DNA结合蛋白中的应用，用电沉积法制备ZnO纳米结构薄膜(不仅具有疏水性，还具有导电性)、AFMimage、SEMimage、PhotooftheCicadaOrni、3Dimage、Crosssection、 AF