AFM简介实验课ppt课件

1、*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏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）最小分辨距离最小分辨距离：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达到纳米级电子显微镜的分辨率可以达到纳米级10-9m10-9m）。）。样品处理过程复杂样品处理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

2、辨本领。微镜将具有更高的分辨本领。nNear Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) SPM SPM是指在是指在STMSTM基础上发展起来的一大类显微镜，基础上发展起来的一大类显微镜，通过探测极小探针与表面之间的物理作用量如光、通过探测极小探针与表面之间的物理作用量如光、电、磁、力等的大小而获得表面信息。电、磁、力等的大小而获得表面信息。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

3、的诺贝尔物理学奖年的诺贝尔物理学奖 。宾尼 罗雷尔 隧道电流随探针隧道电流随探针样品间距离减小而呈样品间距离减小而呈指数增加指数增加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)新一新一代表面观测仪器代表面观测仪器原理：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作用来呈现样品的表面特性作

4、用来呈现样品的表面特性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馈电子系统反馈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 针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖样品间的相互作用力是互相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

5、定、高分辨图像。缺点： 可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，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，通过控制微悬臂振幅恒定来获得样品表面信息的。 优点：对样品无损伤优点：对样品无损伤 缺点：缺点： 1 1分辨率要比接触式的低。分辨率要比接触式的低。 2 2气体的表面压吸附到样品表面，造成图像气体的表面压吸附到样品表面，造成图像 数据不稳定和对样品的破坏。数据不稳定和对样品的破坏。 介于接触模式和非接触模式之间介于接触模式

6、和非接触模式之间: : 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模式更大的振幅接触模式更大的振幅(5100nm)(5100nm)，针尖在振荡时间断地，针尖在振荡时间断地与样品接触。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)技术技术通过轻敲模式扫描过程中振动微悬臂的相位变化通过轻敲模式扫描过程中振动微悬臂的相位变化来检测表面组分来检测表面组分, ,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

7、变化. .单碳纳米壁管单碳纳米壁管 直径直径0. 70. 75 nm5 nm原子力显微镜的应用原子力显微镜的应用金属金属半导体材料半导体材料化学化学纳米材料纳米材料生命科学生命科学微加工技术微加工技术用AFM观察DNA双螺旋结构v 生物和生命科学用AFM观察细胞生长v 生物和生命科学用AFM观察集成电路的线路刻蚀情况v 微电子科学和技术 Kajiyama Kajiyama等人应用等人应用AFMAFM研究了单分散聚苯乙烯研究了单分散聚苯乙烯(PS)/(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)共混成膜的相分离情况。共混成膜的相分离情况。 膜较厚时膜较厚时(25(25), )

8、, 看不到分相。膜厚看不到分相。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在聚合物膜研究中的应用在聚合物膜研究中的应用1 表面整体形态研究表面整体形态研究2 孔径孔径(分布分布),粒度分布研究粒度分布研究3 粗糙度研究粗糙度研究1 表面整体形态研究2 孔径孔径(分布分布),粒度分布研究粒度分布研究Section analysis of TM-AFM image.Tapping mode atomic force micrographs3 粗糙度研究粗糙度研究n 粗糙度粗糙度Surface roughnessSurface roughness表示膜表面形态间表示膜表面形态间的差异，影响着膜的物理和化学性能、膜表面的污的差异，影响着膜的物理和化学性能、膜表面的污染程度和膜的水通量。染程度和膜的水