原子力显微镜1.pptx

会计学第三章原子力显微镜立式AFM(Hansma等,1988)3.原子力显微镜的总体结构组成3.2原子力显微镜的测量和扫描模式AFM的三种扫描成像模式1）接触扫描成像模式AFM轻敲扫描针尖振荡示意图3.3探针与试件间的作用力探针－试件间距离在10μm左右时，空气阻尼力
探针－试件间距离在100～1000nm时，主要静电力和磁力相互作用
探针－试件间距离在10～100nm处，吸附水膜产生几百nN吸引力的毛细力
针尖－试件距离到达10nm左右时，原子(分子、离子)间吸引的范德华力
针尖－试件间距离小到1nm以内时，原子间相互排斥的厍仑力开始起作用
2.AFM工作时针尖－试件间的相互作用力范德华力，由三部分组成：
(1)偶极－偶极相互作用力，即两个偶极子之间的作用力；
(2)偶极－感应偶极间的相互作用力,同被它感应的偶极子间的相
互作用力；
(3)色散力，它存于中性的原子或分子间。这些中性的原子或分
子的时间平均偶极矩为零，但是由于电子不断围绕原子核运
动，在某一瞬间可能产生一定的偶极矩，使得中性原子或分
子之间产生瞬时间偶极矩作用，从而产生了色散力。2）针尖－试件原子间作用力和距离的关系3）针尖和试件“接触”的概念3.悬臂－针尖－试件相互作用的动力学分析/3.4毛细力和AFM在液体中测量2.毛细力及其对AFM测量的影响现在还不能完全控制AFM在液体中不同条件时的针尖－试件间的相互作用力，作用机理也不完全清楚。但AFM在液体中测量，因消除了毛细力，可以使针尖－试件间的作用力，比在真空中测量降低两个数量级。这对检测柔软生物细胞，低弹性模数的软质材料极为重要。/水下Au111)的AFM图像(Manne,1990)
原子分辨率的起伏幅度约1Å。3.5影响AFM测量精度的若干问题分析1)在AFM采用接触测量时，ki>0，实测高度Δz将小于试件表面真实的起伏。
2)在AFM采用恒力测量模式时，针尖一试件间的相互作用力需保持不变。当检测中作用力发生变化kiΔh时，反馈系统通过改变Δz,使悬臂的变形力产生变化,而达到平衡：kc(Δz–Δh)=kiΔh3.探针尖曲率半径对测量结果的影响4.试件表面廓形高低起伏不平对测量结果的影响作用力倾斜引起的测量误差
作用力非线性引起的测量误差3.6AFM的微悬臂和针尖2.微悬臂和针尖的结构形式a)玻璃基板带4个微悬臂b)单个带针尖的V形微悬臂c)金字塔形针尖
(1.75mm×1.30mm)(142μm×105μm)(4.2μm×3.2μm)
带金字塔形针尖的Si3N4一体化V形薄片微悬臂(C.Quate)5)带圆锥形针尖的一体化的V形薄片微悬臂6)粘晶须针尖的微悬臂7)碳纳米管针尖的微悬臂3.微悬臂的力学性能分析悬臂梁的固有频率ω14)若干AFM的微悬臂的物理力学性能3.7AFM针尖作用力和悬臂变形位移的测量3.电容测量法5.激光反射测量法3.8微悬臂的激振3.用双压电晶片驱动微悬臂振动不同ω/ω0比值时的微悬臂振幅存在F'双压电晶片驱动微悬臂的振动振动的试件驱动微悬臂振动振动试件驱动时的振动力梯度F’使微悬臂的共振产生变化力调制技术检测试件表面硬度变化云母AFM图像AFM图像-积层电路AFM图像-材料缺陷