《原子力顯微鏡》ppt課件 (2)-文庫(kù)吧
2024-12-30 10:24 本頁(yè)面
【正文】 3m 針尖和試件間凹面 ~10－ 9m 液固界面力 ~10－ 7m 范德華力 針尖一試件間（ RZ） ~10－ 8m 短 程 力 粘附力 跳躍接觸 ~10－ 9m 排斥力 針尖試件接觸 ~10－ 10m 弱相互作用力 ~10－ 15m 強(qiáng)相互作用力 ~10－ 15m 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 探針－試件間距離在 10 μm左右時(shí)，空氣阻尼力 探針－試件間距離在 100～ 1000nm時(shí)，主要靜電力和磁力相互作用 探針－試件間距離在 10～ 100nm處，吸附水膜產(chǎn)生幾百 nN吸引力的毛細(xì)力 針尖－試件距離到達(dá) 10 nm左右時(shí) ，原子 (分子、離子 )間吸引的范德華力 針尖－試件間距離小到 1 nm以內(nèi)時(shí)，原子間相互排斥的厙侖力開(kāi)始起作用 2）探針尖接近試件過(guò)程中發(fā)生作用的各種力 3） AFM測(cè)量時(shí)利用的相互作用力 在接觸測(cè)量時(shí)，檢測(cè)的是它們間的相互排斥力； 在非接觸測(cè)量時(shí)，檢測(cè)的是它們間的相互吸引力 4）針尖－試件間其他作用力及其應(yīng)用于各種掃描力顯微鏡 針尖－試件間相互作用的磁力 ， 可制成檢測(cè)材料磁性能的磁力顯微鏡 (MFM)； 針尖－試件間相互作用的靜電力 ， 可制成檢測(cè)材料表面電場(chǎng)的電勢(shì)的靜電力顯微鏡(EFM)； 探針－試件接觸滑行時(shí)的摩擦力 ， 可制成研究材料摩擦磨損行為的摩擦力顯微鏡(FFM)； 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 2. AFM工作時(shí)針尖－試件間的相互作用力 石墨 H位上的兩種電荷密度分布 1） 相互排斥的庫(kù)侖力和相互吸引的范德華力 （ 1） 原子間的排斥力 原子 （ 分子 ） 間的排斥力是由于原子外面的電子云相互排斥而產(chǎn)生的 ， 原子間的排斥力是很強(qiáng)的 ， 在 AFM測(cè)量時(shí)排斥力在 10－8～ 10－ 11N數(shù)量級(jí) ， 是短程的相互作用力 ， 作用距離在 10－ 10m， 隨距離增加排斥力迅速衰減 。 （ 2） 原子間的相互吸引力 原子 (分子 )間相互吸引的范德華力 , 是原子或分子靠近時(shí)產(chǎn)生相互極化而產(chǎn)生的微弱引力 。 屬長(zhǎng)程力 ， 作用距離可達(dá) 10－ 8 m以上 。 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 范德華力 ， 由三部分組成 ： (1) 偶極－偶極相互作用力 ， 即兩個(gè)偶極子之間的作用力； (2) 偶極－感應(yīng)偶極間的相互作用力 ,同被它感應(yīng)的偶極子間的相 互作用力； (3) 色散力 ， 它存于中性的原子或分子間 。 這些中性的原子或分 子的時(shí)間平均偶極矩為零 ， 但是由于電子不斷圍繞原子核運(yùn) 動(dòng) ， 在某一瞬間可能產(chǎn)生一定的偶極矩 ， 使得中性原子或分 子之間產(chǎn)生瞬時(shí)間偶極矩作用 ， 從而產(chǎn)生了色散力 。 Fv = 216 zAR ??Hamaker常數(shù) A是決定范德華作用能大小的關(guān)鍵性參數(shù) 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 2）針尖－試件原子間作用力和距離的關(guān)系 針尖－試件原子間作用力和距離的關(guān)系 Al針尖和 Al試件距離不同時(shí)相互作用力 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 3）針尖和試件“接觸”的概念 當(dāng)兩物體逐漸接近到二者之間的相互作用合力為 ’ 零 ’ 的臨界點(diǎn)時(shí) ， 這兩物體被認(rèn)為開(kāi)始 ’ 接觸 ’ 。 即兩物體之間相互作用的合力是排斥力時(shí) ， 這兩物體是被認(rèn)為相互接觸的 。 兩物體之間相互作用的合力是吸引力時(shí) ， 這兩物體是被認(rèn)為相互不接觸的 。 4） AFM的接觸測(cè)量和不接觸測(cè)量 不易用于測(cè)量 機(jī)械制造及自動(dòng)化系 納米科學(xué)與技術(shù) 第 3章 原子力顯微鏡 3. 懸臂－針尖－試件相互作用的動(dòng)力學(xué)分析 1）針尖－試件相互作用的勢(shì)能 )(4)( 661212rrru??? ??r－兩原子間距離 ε－兩原子間作用能的系數(shù) σ－在 u (r)= 0時(shí)的兩原子間距離 ]210 1[32)( 775212zzRzu??????? ???針尖－試件間距離為 z 的總勢(shì)能 ]301[32)()( 88224212zzRzzuzF ??????? ??????]15 2[43)()( 99333212zzRzzFzF ??????? ??????機(jī)械制造及自動(dòng)化系
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