與電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡有很多方面的優(yōu)勢：如樣品準備簡單，樣品導電與否都能適合該儀器;操作環(huán)境不受限制，即可以在真空，也可以在大氣中進行;并且可以對所測區(qū)域的面粗糙度值進行統(tǒng)計等等。自上世紀80年代第一臺原子力顯微鏡問世至今，分辨率和穩(wěn)定性得到極大提高，得到越來越廣泛的應(yīng)用。但同時也有其自身的缺點，由于各方面的影響因素，圖像有時會產(chǎn)生假相等。

原子力顯微鏡的原理

原子力顯微鏡是利用一個對力敏感的探針針尖與樣品之間的相互作用力來實現(xiàn)表面成像的。將一個對微弱力極敏感的彈性微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品的表面輕輕接觸，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的作用力(10^-8～10^-6N)，微懸臂會發(fā)生微小的彈性形變。

原子力顯微鏡針尖和樣品之間的力F與微懸臂的形變Δz之間遵循胡克定律F=kΔz，其中，k為微懸臂的力常數(shù)。測定微懸臂形變量的大小，就可以獲得針尖與樣品之間作用力的大小。針尖與樣品之間的作用力與距離有著強烈的依賴關(guān)系，所以在掃描過程中利用反饋回路保持針尖和樣品之間的作用力恒定，即保持微懸臂的形變量不變，針尖就會隨表面的起伏上下移動。記錄針尖上下運動的軌跡即可得到樣品表面形貌的信息。這種檢測方式被稱為“恒力”模式，是原子力顯微鏡使用最廣泛的掃描方式。

原子力顯微鏡的圖像也可以使用“恒高”模式來獲得，也就是在x、y掃描過程中，不使用反饋回路，保持針尖與參考水平面之間的距離恒定，檢測器直接測量微懸臂z方向的形變量來成像。這種方式由于不使用反饋回路，可以采用更高的掃描速度，通常在觀察原子、分子像時用得比較多，而對于表面起伏較大的樣品不適合。

原子力顯微鏡的工作模式

對于原子力顯微鏡，通用的工作模式有接觸和敲擊式。在敲擊模式中，一種恒定的驅(qū)使力使探針懸臂以一定的頻率振動。當針尖剛接觸樣品時，懸臂振幅會減少到某一數(shù)值。在掃描過程中，反饋回路維持懸臂振幅在這一數(shù)值恒定，亦即作用在樣品上的力恒定，通過記錄壓電陶瓷管的移動得到樣品表面形貌圖。對于接觸模式，由于探針和樣品間的相互作用力會引起微懸臂發(fā)生形變，也就是說微懸臂的形變作為樣品和針尖相互作用力的直接度量。同上述輕敲式，反饋系統(tǒng)保持針尖-樣品作用力恒定從而得到表面形貌圖。

原子力顯微鏡的關(guān)鍵部分

原子力顯微鏡的關(guān)鍵部分是力敏感元件和力敏感元件檢測裝置。為了能準確反映出樣品的表面形貌，力傳感器要滿足以下幾個要求：

①在針尖與樣品的接觸過程中，為了不使針尖損壞樣品，要求微懸臂有相對較低的力彈性常數(shù)，即受到很小的力就能產(chǎn)生可檢測的位移。

②為了降低一起對于噪聲的敏感性，并使其有較高的掃描速度，要求微懸臂有盡可能高的固有共振頻率(一般為200kHz~300kHz)。

③因為微懸臂上的針尖與樣品的摩擦力會引起微懸臂的橫向彎曲，從而導致圖像失真，這就要求微懸臂要有高的橫向剛性，實際應(yīng)用中將微懸臂制成V字形就可提高其橫向剛性。

④如果采用隧道電流方式來檢測微懸臂的位移，微懸臂的背面必須要有金屬電極，若采用光學方法檢測，則要求微懸臂背面有盡可能光滑的反射面。

⑤如果采用光學反射方法檢測微懸臂位移時，如果微懸臂一端的線性平移量是一定的，那么臂長越短，微懸臂的彎曲度就越大，檢測的靈敏度就越好。

⑥帶有一個盡可能尖銳的針尖。原子力顯微鏡的發(fā)展，也可以說是微懸臂和針尖不斷改進的過程。一般原子力顯微鏡采用微機械加工技術(shù)制作的硅、氧化硅以及氮化硅微懸臂。

2019-03-25 10:12:34 732次 http://www.yiqi.com/daogou/detail_2847.html 熱門標簽：
原子力顯微鏡是用微小探針“摸索”樣品表面來獲得信息，所以測得的圖像是樣品最表面的形貌，而沒有深度信息。掃描過程中，探針在選定區(qū)域沿著樣品表面逐行掃描。

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原子力顯微鏡的應(yīng)用范圍十分廣泛，其適用于生物、高分子、陶瓷、金屬材料、礦物、皮革等固體材料等的顯微結(jié)構(gòu)和納米結(jié)構(gòu)的觀測，以及粉末、微球顆粒形狀、尺寸及粒徑分布的觀測等。

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原子力顯微鏡是顯微鏡中的一種類型，應(yīng)用范圍十分廣泛。是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。

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