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原子力顯微鏡研究的一些基本術(shù)語解釋

閱讀：1866 發(fā)布時(shí)間：2022-7-11

　　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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