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原于力显微镜与前几种显微镜相比有明显不同,它用一个微小的探针来“摸索”,在立体三维上观察物质的形貌,(x,y方向)可达到2nm,垂直分辩牢(Z方向)、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点。
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第15章
其他显微分析方法
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一、原子力显微镜原理
AFM的原理较为简单,它是用微小探针“摸索”,当针尖接近样品时,,、扫描系统和反馈控制系统。
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1、检测系统
悬臂的偏转或振幅改变可以通过多种方法检测,包括:光反射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等。目前AFM系统中常用的是激光反射检测系统,它具有简便灵敏的特点。激光反射检测系统由探针、激光发生器和光检测器组成。
2、探针
,人们已经能制造出各种形状和特殊要求的探针。。在接触式AFM中V形悬臂是常见的一种类型().
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,悬臂的弹性常数与形状、.
商品化的悬臂一般长为100-200μm、宽10-40μm、-2μm,弹性系数变化范围一般在几十N·m-1到百分之几N·m-1之间,共振频率一般大于10kHz。探针末端的针尖一般呈金字塔形或圆锥形,.
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4、扫描系统
,Y,Z三个方向上精确控制样品或探针位置。目前构成扫描器的基质材料主要是钛锆酸铅[Pb(Ti,Zr)O3],即在加电压时有收缩特性,~1000V的电压信号转换成十几分之一纳米到几微米的位移。
3、光电检测器
AFM光信号检测是通过光电检测器来完成的。激光由光源发出照在金属包覆的悬臀上,,通过电子线路把照在两个二极管上的光量差转换成电压信号方式来指示光点位置。
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5、反馈控制系统 AFM反馈控制是由电子线路和计算机系统共同完成的。AFM的运行是在高速、功能强大的计算机控制下来实现的。控制系统主要有两个功能:(1)提供控制压电转换器X-Y方向扫描的驱动电压;(2)(即设定值与实际测量值之差).根据电压值不同,控制系统不断地输出相应电压来调节Z方向压电传感器的伸缩,以纠正读入A/D转换器的偏差,从而维持比较环路的输出电压恒定。 电子线路系统起到计算机与扫描系统相连接的作用,电子线路为压电陶瓷管提供电压、接收位置敏感器件传来的信号,并构成控制针尖和样品之间距离的反馈系统。
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二、原子力显微镜的分辨率
:采集团像的步宽(Stepsize)和针尖形状.
原子力显微镜图像由许多点组成,,,扫描1μmx1μm尺寸图像得到步宽为2nm(1μm/512)高质量针尖可以提供1~,在扫描样品尺寸超过1μmx1μm时,AFM的侧向分辨率是由采集图像的步宽决定的。
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