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原子力顯微鏡的工作原理

時間:2012-05-07 00:33|來源:實驗室前沿| | 分享|點擊:


AFM系統主要由以下幾部分組成:(1)帶針尖的力敏感元件;(2)力敏感元件運動檢測裝置;(3)監控力敏感元件運動的反饋回路;(4)掃描系統(一般使用壓電陶瓷),其作用是使樣品進行掃描運動;(5)圖象采集及顯示;(6)圖象處理系統。其中關鍵的是前兩部分。 織夢好,好織夢

    AFM的工作原理如圖2所示。將一個對微弱力極敏感的微懸臂一端固定,另一端有一微小的針尖,針尖與樣品表面輕輕接觸。使針尖在樣品的表面上掃描,由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力(10-8-10-6N),原子間作用力的檢測主要由光杠桿技術來實現。如果探針和樣品間有力的作用,懸臂將會彎曲。為檢測懸臂的微小彎曲量(位移),采用激光照射懸臂的尖端,四象限探測器就可檢測出懸臂的偏轉。如果控制這種力在掃描過程中保持恒定,則微懸臂將在垂直于樣品表面的方向上起伏運動,利用隧道電流檢測法或光學檢測方法,測定微懸臂對應于掃描各點的位置變化,從而可以獲得樣品表面形貌的信息。

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    根據AFM所測力的性質的不同,其工作模式及微懸臂運動的檢測方法將有所不同。所謂工作模式,主要是指AFM工作時微懸臂運動所處的狀態,主要可分為兩種。一種為準靜態工作模式,此時針尖與樣品的相互作用力較強,微懸臂有較大形變,可用隧道電流法,電容及激光束偏轉探測法等直接檢測此形變。處于該模式,針尖與樣品的間距小于0.03nm,基本上是緊密接觸的(故又稱接觸模式)。 織夢好,好織夢

由于此時二者電子云發生重疊,導致儀器的分辨率極高,可達原子級水平。運用此種模式可測量原子間的相互作用力,所測最小力可達10-9N。對于針尖與樣品間的摩擦力,也可用該模式進行測量,這時最小檢測極限可達10-10N。根據反饋方式的不同,該模式又可分成恒力模式和形變變化模式兩種。前者反饋信號控制樣品上下運動,使得微懸臂的形變及其與樣品間的相互作用力保持恒定;后者樣品只進行掃描運動,反饋線路控制使得微懸臂隨表面的起伏而上下運動。此時,由于反饋直接控制隧道針尖,導致儀器工作穩定,但其數據的解釋要困難一些。

本文來自織夢

    上面描述的這種接觸模式適應于對硬表面的觀察,并可達到較高的分辨率,但這種接觸模式與樣品表面相互作用較強,對于生物樣品,由于它相對于云母,石墨及金等固體材料具有較大的柔軟性,目前對其觀察還沒有達到足夠高的分辨率,在針尖掃描時,有時還會造成樣品表面的損傷。而對于吸附在堅硬表面的樣品,在探針的作用下有時會被移動而不利于成像。對于生物材料,由于其表面較軟如果采用接觸模式,在不降低其分辨率的情況下,應盡量降低針尖與樣品的作用力,以免造成表面損傷。 copyright dedecms

Tags:原理,工作,顯微鏡,力,原子,
責任編輯:小平
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