《AFM简介实验》ppt课件

1、*S衍射屏衍射屏察看屏察看屏a 刚可分辨刚可分辨不可分辨不可分辨衍衍射射效效应应sin222.1nrr0.2um 3000倍最小分辨间隔最小分辨间隔：阿贝公式：阿贝公式19381938年：第一台透射电子显微镜年：第一台透射电子显微镜TEMTEM。 1952 1952年：第一台扫描电子显微镜年：第一台扫描电子显微镜SEMSEM。 电子显微镜的分辨率可以到达纳米级电子显微镜的分辨率可以到达纳米级10-9m10-9m。样品处置过程复杂样品处置过程复杂要在高真空的环境下操作要在高真空的环境下操作电子波长比可见光短得多。制成电子显电子波长比可见光短得多。制成电子显微镜将具有更高的分辨身手。微镜将具有更高

2、的分辨身手。nNear Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) SPM SPM是指在是指在STMSTM根底上开展起来的一大类显微镜，根底上开展起来的一大类显微镜，经过探测极小探针与外表之间的物理作用量如光、经过探测极小探针与外表之间的物理作用量如光、电、磁、力等的大小而获得外表信息。电、磁、力等的大小而获得外表信息。19821982年，年，Gerd BinnigGerd Binnig和和Heinrich Heinrich RohrerRohrer发明扫描隧道显微镜发明扫描隧道显微镜STM )STM )，获，获得得19861986年的诺贝尔物理学奖年的诺

3、贝尔物理学奖 。宾尼 罗雷尔 隧道电流随探针隧道电流随探针样品间间隔减小而呈样品间间隔减小而呈指数添加指数添加d1nm样品导电性要好样品导电性要好 1986 1986，IBMIBM，葛，葛宾尼宾尼G. BinnigG. Binnig发明了原子发明了原子力显微镜力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM)(Atomic Force Microscope ,AFM)新一新一代外表观测仪器代外表观测仪器原理：利用原子之间的范德华力原理：利用原子之间的范德华力Van Der WaalsVan Der WaalsForceForce作用来呈现样品的外表特性作用来呈现样品的外表特性

4、原子间的作用力吸引部分排斥部分F pair d原子原子排斥力原子原子吸引力samplescannercantileverphoto detectorlaser diode微悬臂激光二极管光电检测器力检测部分力检测部分光学检测部分光学检测部分反响电子系统反响电子系统压电扫描系统压电扫描系统计算机控制系统计算机控制系统van der Waals force curve 针尖一直向样品接触并简单地在外表上挪动，针尖样品间的相互作用力是相互接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为108 1011N。van der Waals force curved .nm 优点：可产生稳定、高分辨图像。缺陷：

5、 能够使样品产生相当大的变形，对柔软的样品呵斥破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。 相互作用力是范德华吸引力，远小于排斥力. van der Waals force curved: 520nm振幅：2nm5nm范德华吸引力 微悬臂以共振频率振荡，经过控制微悬臂振幅恒定来获得样品外表信息的。 优点：对样品无损伤优点：对样品无损伤 缺陷：缺陷： 1 1分辨率要比接触式的低。分辨率要比接触式的低。 2 2气体的外表压吸附到样品外表，呵斥图像气体的外表压吸附到样品外表，呵斥图像 数据不稳定和对样品的破坏。数据不稳定和对样品的破坏。 介于接触方式和非接触方式之间介于接触方式和非接触方式之间: :

6、 其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非其特点是扫描过程中微悬臂也是振荡的并具有比非接触方式更大的振幅接触方式更大的振幅(5100nm)(5100nm)，针尖在振荡时延续地，针尖在振荡时延续地与样品接触。与样品接触。 van der Waals force curve振幅：振幅：5nm 100nm相位成像相位成像(phase imaging)(phase imaging)技术技术经过轻敲方式扫描过程中振动微悬臂的相位变化经过轻敲方式扫描过程中振动微悬臂的相位变化来检测外表组分来检测外表组分, ,粘附性粘附性, ,摩擦摩擦, ,粘弹性和其他性质粘弹性和其他性质的变化的变化. .单碳纳米壁管

7、单碳纳米壁管 直径直径0. 70. 75 nm5 nm原子力显微镜的运用原子力显微镜的运用金属金属半导体资料半导体资料化学化学纳米资料纳米资料生命科学生命科学微加工技术微加工技术用AFM察看DNA双螺旋构造v 生物和生命科学用AFM察看细胞生长v 生物和生命科学用AFM察看集成电路的线路刻蚀情况v 微电子科学和技术 Kajiyama Kajiyama等人运用等人运用AFMAFM研讨了单分散聚苯乙烯研讨了单分散聚苯乙烯(PS)/(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)共混成膜的相分别情况。共混成膜的相分别情况。 膜较厚时膜较厚时(25(25), ), 看不到分相。膜厚看

8、不到分相。膜厚100n100n时时, ,可以得到可以得到PMMAPMMA呈岛状分布在呈岛状分布在PSPS中的中的AFMAFM图象。图象。AFM在聚合物膜研讨中的运用在聚合物膜研讨中的运用1 外表整体形状研讨外表整体形状研讨2 孔径孔径(分布分布),粒度分布研讨粒度分布研讨3 粗糙度研讨粗糙度研讨1 外表整体形状研讨2 孔径孔径(分布分布),粒度分布研讨粒度分布研讨Section analysis of TM-AFM image.Tapping mode atomic force micrographs3 粗糙度研讨粗糙度研讨n 粗糙度粗糙度Surface roughnessSurface roughness表示膜外表形状间表示膜外表形状间的差别，影响着膜的物理和化学性能、膜外表的污的差别，影响着膜的物理和化学性能、膜外表的污染程度和膜的水通量。染程度和膜的水通