《原子力顯微鏡》ppt課件 (2)-預(yù)覽頁
【正文】 )接觸掃描成像模式(contact mode)， 2)非接觸掃描成像模式或抬高掃描成像模式 (noncontact mode或 lift mode), 3)輕敲掃描成像模式(tapping mode) 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 1）接觸掃描成像模式 該方式所感知的力是接觸原子的外層電子相互排斥的庫侖力 ， 這相互排斥的庫侖力大小在 10－ 8～ 10－ 11 N。 當(dāng)探針尖接觸這吸附層時(shí) ， 毛細(xì)現(xiàn)象會(huì)使吸附層下凹 ， 或粘附到針尖上 ， 引起額外的粘附力 ， 增加了總的作用力 ， 造成了檢測成像的畸變 。 但非接觸掃描測量模式測量靈敏度要低些 。 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 。 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 。 但 AFM在液體中測量 ， 因消除了毛細(xì)力 ， 可以使針尖－試件間的作用力 ， 比在真空中測量降低兩個(gè)數(shù)量級 。 2)在 AFM采用恒力測量模式時(shí) ， 針尖一試件間的相互作用力需保持不變 。 在采用等間隙測量模式時(shí) ， 從式中可看 ， 采用剛度 kc較低的微懸臂較為有利 ， 可以減小縱向測量誤差 。 ； 2) 針尖 –試件間的橫向作用力 , 使探針彎曲 , 造成測量誤差 。 理想針尖的尖端是單原子 ， 現(xiàn)在的商品針尖端曲率半徑在 100～ 50 nm， 正努力希望能達(dá)到曲率半徑 R = 10 nm或更小 。 在典型測量中 ， 掃描時(shí)輪廓起伏信號的頻率可以達(dá)到幾 kH, 因此微懸臂的固有頻率必須高于 10 kHz,這樣才能測出正確的試件表面微觀形貌 。 2) 矩形薄片微懸臂的力學(xué)計(jì)算 l F Δzl 3314E bhFlz ???懸臂梁自由端最大撓度 Δz1 ?懸臂梁的彈簧常數(shù) k 331 4 lEb hk ?33?EJzFk ???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 ?懸臂梁的固有頻率 ω1 me = md + mc cde mmkmk??? ?)(4 331cmbhllE bh????3) 圓柱形細(xì)絲微懸臂的力學(xué)計(jì)算 432 34ErFlz ??342 43lErk ??)(43)(43234342ccd mlrlErmmlEr???? ?????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 4) 若干 AFM的微懸臂的物理力學(xué)性能 8?9101214 ~10 材料 微懸臂形狀 微懸臂尺寸 mm 彈性模量 E1010 N/ m3 質(zhì)量密度 ρg / cm3 固有頻率 kHz 彈簧常數(shù)kN / m 力靈敏度 N/ Ni 圓柱細(xì)絲 Φ 22 22 5000 W 圓柱細(xì)絲 Φ 34 5 105 Au 圓柱細(xì)絲 Φ 8 2 25 SiΟ2 矩形薄片 5 40 Si3N4 V形 32 8 炭纖維 細(xì)絲在 V形懸臂上 Φ 2 14 0. 5 石英 纖維 細(xì)絲在 V形懸臂上 Φ 7 14 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. 7 AFM針尖作用力和懸臂變形位移的測量 1. 對檢測針尖作用力和微懸臂位移變形量的要求 ? 通過測量受力后微懸臂的變形位移 , 而獲得作用力的變化信息； ? 使用力調(diào)制技術(shù)測出力梯度的變化 ， 因?yàn)樘荻茸兓拐{(diào)制信的頻率和相位產(chǎn)生變化 ， 從而 獲得作用力的變化信息 。 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. 電容測量法 4. 光干涉測量法 1)懸臂和針尖可以允許一定程度的污染 ， 故比隧道電流檢測法更可靠； 2)檢測系統(tǒng)加在微懸臂上的力極小 ， 可以忽略不計(jì)； 3)由于光束直徑較大 ， 故對微懸臂背面的粗糙度不甚敏感； 4)用光學(xué)檢測法時(shí) , 允許微懸臂有較大的形變位移（ 可以超過 100 nm） ， 而隧道電流法檢測時(shí) ， 允許的最大位移不到 1 nm； 5)對微懸臂材料無導(dǎo)電性能要求
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