原子力显微镜AFM上海交大分析测试中心
afm原子力显微镜测试原理
afm原子力显微镜测试原理
AFM（原子力显微镜）测试原理是基于原子间相互作用力来检测样品表面形貌的一种技术。
其工作原理是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触。
由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。
利用光学检测法检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。
AFM的主要组成部分包括力检测模块、位置检测模块和反馈系统。
当原子力显微镜探针的针尖与样品接近时，在针尖原子和样品表面原子之间相互作用力的影响下，悬臂梁会发生偏转引起反射光的位置发生改变。
当探针在样品表面扫过时，光电检测系统会记录激光的偏转量（悬臂梁的偏转量）并将其反馈给系统，最终通过信号放大器等将其转换成样品的表面形貌特征。
AFM的主要特点是能够观察到纳米尺度的物体，甚至可看到原子。
采用原子力显微镜法在得到其粒径数据的同时可观察到纳米粒子的形貌，并通过原子力显微镜还可观察到纳米粒子的三维形貌。
然而，该法也存在一定的局限性，由于观察的范围有限，得到的数据不具有统计性。
以上内容仅供参考，如需更多信息，可查看AFM的相关文献或咨询专业技术人员。
原子力显微镜(afm)的基本构成
原子力显微镜（afm）的基本构成原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种用来观察物质表面形貌的高精密显微镜。
它采用原子力探针技术，可以在几个纳米至几个微米的尺度范围内进行观测，并能提供非常高分辨率的表面形貌信息。
AFM的基本构成包括机械支撑系统、探针系统和控制系统。
下面将分别介绍其构成要素。
1.机械支撑系统：机械支撑系统是AFM的重要组成部分，用于稳定和保持探针与样品之间的相对位置。
它通常由几个关键部件组成：-扫描装置：扫描装置用于水平移动样品或探针，以实现对样品表面的扫描。
扫描装置由X、Y、Z三个方向上的驱动器组成，可实现物理、电机或压电驱动。
-压电陶瓷：压电陶瓷在AFM中用于控制探针的位置和微小位移。
当施加电压时，压电陶瓷会发生形变，从而移动探针的位置。
-悬臂杆：悬臂杆作为一种机械支撑装置，用于支撑和稳定探针的位置。
悬臂杆通常由弹性材料制成，如硅或硅质材料。
2.探针系统：探针系统是AFM的核心部件，用于接触和测量样品表面的形貌。
探针系统通常由两个主要组件组成：-探针：探针是AFM中与样品直接接触并进行测量的部分。
它通常由硅制成，并在其一侧附着探针尖端。
探针尖端具有非常小的尺寸，在几纳米至几十纳米之间。
-接收器：接收器用于接收探针与样品之间的相互作用力。
它通常由光学或电子传感器组成，可测量探针的位移，并将其转换为电信号。
3.控制系统：控制系统用于控制和测量AFM的各种参数，以提供准确的表面形貌信息。
它通常由几个关键组件组成：-仪器控制器：仪器控制器用于控制AFM的各种操作，如扫描速度、力量控制等。
它具有一个用户界面，可以通过操作界面进行参数设置和图像显示。
-数据采集卡：数据采集卡用于接收和记录探针接触样品时的力信号，并将其转换为数字信号。
这些数据可以被后续分析软件用于生成图像和数据处理。
-反馈系统：反馈系统用于监测和控制探针与样品之间的相互作用力。
它通过比较实际测量力和设定的参考力，并调整探针位置和扫描速度，以保持探针与样品之间的相对位置不变。
原子力显微镜(AFM)—上海交大分析测试中心
3.2 磁力（MFM）显微镜
1982年
扫描隧道 显微镜
人类第一次能够实时 地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电 子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料 科学、生命科学等领域的 研究中有着重大的意义和 广阔的应用前景，被国际 科学界公认为八十年代世 界十大科技成就之一。
1.1扫描探针显微镜的产生
扫描隧道显微镜 （STM）
2.2 力-距离曲线
三.扫描力显微镜的分类
3.1 原子力显微镜 3.1.1 斥力模式AFM 3.1.2 摩擦力显微镜 3.1.3 化学力显微镜 3.1.4 检测材料不同组分的技术 a. 相位成像技术 b .力调制技术 3.1.5 检测材料纳米硬度的技术
3.2 磁力显微镜 3.3静电力显微镜
3.1 原子力显微镜ຫໍສະໝຸດ 3.1.1 斥力模式AFM 探针与样品之间进行原子间接触，利用它们
之间的斥力得到样品表面的形貌。 具有两种工作模式：
3.1.1.1 接触模式 3.1.1.2 敲击模式（间歇接触）
3.1.1.1 接触模式(Contact Mode)
接触模式 非接触模式
轻敲模式
接触模式探针
接触模式探针示意图
接触模式工作示意图
Dendrimer-like Gold Nanoparticle[3]
DNA Translocation in Inorganic Nanotubes[4]
原子力显微分析(AFM)
4.1.1 纳米粉体材料样品制备
对纳米粉体材料，应尽量以单 层或亚单层形式分散并固定在基片上， 应该注意以下三点：1)选择合适的溶 剂和分散剂将粉体材料制成浓度较低 的溶胶，必要时采用超声分散以减少 纳米粒子的聚集，以便均匀地分散在 基片上；
4.1.1 纳米粉体材料样品制备
2)根据纳米粒子的亲疏水特性、 表面化学特性等选择合适的基片。常 用的基片有云母、高序热解石墨 (HOPG)、单晶硅片、玻璃、石英等。 如果要详细地研究粉体材料的尺寸、 形状等性质，就要尽量选取表面原子 级平整的云母、HOPG等作为基片；
4.2 纳米材料的形貌测定
AFM 既 可 用 于 研 究 导 体 、 半 导 体，也可用于绝缘体样品研究。近年 来随着纳米技术的兴起，人们已利用 AFM 技 术 在 纳 米 材 料 的 表 征 和 研 究 方面作了大量工作。其中纳米颗粒、 纳米薄膜和纳米管是目前研究最多的 几类纳米材料。
4.2 纳米材料的形貌测定
1. 引言
尽管STM有着现代许多表面分 析仪器所不能比拟的优点，但由其工 作原理所造成的局限性也是显而易见 的，它不能用来直接观察研究绝缘体 样品和有较厚氧化层的样品。为了弥
补 这 一 不Gerber发明了第一台AFM。
1. 引言
AFM利用原子之间的范德瓦尔斯力 (Van Der Waals Force)作用来呈现样品的 表面形貌，其横向分辨率可达0.15nm， 纵向分辨率可达0.05nm。 AFM应用范围 比STM更广泛，除可以研究导体、半导 体、绝缘体材料的表面形貌和结构外， 还可以研究材料的弹性、塑性、硬度、 摩擦力等微区性质。
3.4 针尖放大效应
一般来说，如果针尖尖端的曲率 半径远小于表面结构的尺寸，则针尖 走过的轨迹基本上可以反映表面结构 的起伏变化；如果表面结构的尺寸接 近甚至小于针尖曲率半径，则针尖放 大效应非常明显，如图3-19所示。
AFM原子力显微镜操作步骤
AFM原子力显微镜操作步骤AFM原子力显微镜操作步骤1. AFM仪器开机。
确认电源与控制机箱连接线无误后，依次打开计算机电源→机箱低压电源→高压电源→激光器电源。
2．安装样品以及探针进给。
安装好样品后将固定螺栓微微旋紧，切记勿要用死力！探针进给指的是将样品与探针逼近到进入原子力状态。
仪器提供粗调和细调两种进给机构，每次测试前先将细调旋钮反向退到底，用粗调机构进样至离探针约1mm左右，再用细调机构进样，观察光斑，缓慢细调至光斑移动到PSD信号接收区域，继续微调并观察机箱显示读数：PSD信号约1.600V左右，Z反馈信号约-150至-250。
此时进入反馈状态，进入反馈状态后，控制系统会自动调整和保持样品与探针之间的间距。
3．样品扫描。
运行扫描软件，根据需要设置扫描参数。
进入扫描工作状态。
4．图像显示与存贮。
扫描过程自动进行。
图像以逐行(或逐列) 扫描、逐行（或逐列）显示的方式显示。
在不改变扫描参数的情况下，扫描在同一区域循环重复进行。
也可根据需要改变扫描区域和扫描范围。
对于满意的图像，可随时将图像捕获存贮。
存贮时，计算机自动保存图像信息和扫描参数信息。
5．退出扫描和关机。
如已获得理想的图像，不再作另外扫描，可按“退出”键退出扫描程序。
然后依次关闭高压电源、激光器电源、低压电源等。
注意事项：1. 在进行安装样品操作时，固定螺栓只需轻轻旋紧，勿要用螺刀按压，用力过猛容易损害仪器。
2. 退出扫描后，首先应将样品退出反馈状态，以免误伤探针！3. 在进行样品更换时，为安全考虑，应先关闭高压电源。
更换好以后重新开启高压电源。
原子力显微镜(afm)的基本构成
原子力显微镜（afm）的基本构成原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种测量样品表面形貌和力学性质的仪器。
它是在20世纪80年代末发展起来的一种非接触式表面探测技术。
AFM可以在几个纳米至亚纳米尺度范围内进行表面测量，可用于对样品的形貌、磁性、电导率等性质进行研究。
下面将介绍AFM的基本构成。
1.扫描压电陶瓷动力系统：该系统由扫描器和压电陶瓷驱动器组成。
扫描器通常由三个方向的压电陶瓷构成，通过改变瓷片的形变来实现样品表面的扫描。
压电陶瓷驱动器则负责产生电压信号，控制扫描器的移动。
这个系统的精度决定了扫描和测量的精度。
2.悬臂梁/探针：AFM的探测部分由一个非常尖锐的探针组成。
探针的尖端通常是金或硅制成，其尺寸可以从几纳米到亚纳米。
悬臂梁/探针连接到悬臂支撑系统，其作用是传递扫描过程中对样品表面的力信号。
3.光学探测系统：AFM使用光学技术来获取样品的形貌信息。
光学系统通常包括激光光源、光学透镜和位移检测器。
激光光源发出一束光束，照射到悬臂梁上，并反射到位移检测器上。
位移检测器测量悬臂的挠度，并将其转换为电信号。
4.反馈系统与力曲线：AFM通过一个反馈系统来实现对扫描过程中的力信号的控制。
反馈系统会监测探针受到的力，将其与设定的力进行比较并进行调整，以保持恒定的力作用在探针上。
此外，反馈系统还会记录力曲线，即探针所受到的力与其在样品表面扫描位置之间的关系。
5.控制和数据分析系统：AFM的控制系统通过电脑来实现。
该系统控制扫描器的移动和力信号的获取，并根据获取的数据进行分析和处理。
用户可以通过电脑软件来控制AFM仪器的各种参数，并进行样品表面的三维成像、力谱分析等。
除了以上基本构成外，AFM还可以根据研究需求配备不同的显微镜头，以扩展其应用范围。
常见的显微镜头包括原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）、磁力显微镜（Magnetic Force Microscope，简称MFM）、电导率显微镜（Conductive Atomic Force Microscope，简称C-AFM）等。
原子力显微镜(AFM)使用总结
原子力显微镜(AFM)是购买浙江大学光电研究所研制的，已经使用一年多，中间出现些问题，也都解决了，现在做个总结：1、设备信号来源：激光信号接收：PSD（Position Sensitive Detector）全称为位置传感检测器，输出的是模拟信号，线性度好、响应快。
探针：在镀金的小矩形上，每头有一大一小的等腰三角形，探针三角形顶端，垂直于三角形平面，肉眼只能看到三角形，看不到探针，一个矩形上有四个探针可以使用。
压电陶瓷：样品在测试过程中，三维方向的运动是通过三根压电陶瓷的位移产生信号放大、反馈、数据采集、显示2、过程1、把用探针的小矩形用双面胶贴好，矩形伸出的长度一般为小于或接近长边的一半，用四个控制螺钉调节激光器，使激光照在三角形的边上，直到产生衍射条纹，并且衍射条纹在PSD左侧，不能在PSD光敏面上，倾斜方向 \ ，光斑中心居中，激光照在三角形边上达到衍射条件时将产生强的反射光；2、用双面胶把待测样品粘在样品台上，双面胶要贴平，样品要测得地方不能太靠样品台中心，因为在测试时探针接触的位置不是在样品台的中心，然后把样品台固定在三根压电陶瓷构成的支杆上，适当转动样品台，使待测样品的中心与探针的位置相对；3、用粗调使试样向探针运动，此时为了观察可把激光关了，当接近至1~2mm 时打开激光，使用细调，观察控制面板上PSD反馈信号、Z轴反馈信号的变化、衍射光斑的变化，但衍射光斑移动时说明已进入原子力的作用范围，应缓慢调节旋钮，在光斑移动迅速的时候应适当方向调节旋钮，防止调过，在PSD信号为1.6，Z轴反馈信号-200~-300时即可进行测试。
3、出现的问题和解决方法3.1 Z轴反馈信号不稳定当在调节的时候Z轴反馈信号不稳定，而且跳动很大时，就不能进行测试，产生这样的情况主要可能有两点：1、表面状态特殊，适当旋转样品台，从新选择测试位置；2、探针松动，因为探针是用双面胶粘的，在测试过程中，来回运动将是探针松动，这时由于探针的不稳定跳动将使反馈信号不稳定；3.2 光斑不对对光斑的主要要求有：1）衍射条纹要清楚，这要通过调节四个旋钮达到良好的衍射；2）光斑要在PSD的左边，如果不对可能是由于针粘的不平，重新调整针的位置，将针贴平；3）光斑的中心位置不对，这可能针固定的位置不对，适当旋转粘贴探针的铁圈，针的位置中间和伸出的长度为长边的一半或小于一半；4）如果在调节距离的时候光斑不仅出现左右运动还有明显的上下运动，可能是由于支撑探针的三角形边断裂，在达到原子力范围时探针受力不均，此时可更换探针。
上海大学分析测试中心大型仪器对外服务收费标准
400/样
400/样
100-500元/样
400/样
200/样
速度不同收费不同
一个谱线100元；8o/min扫描（10o－90o）
超过1000度，每谱线200元。
准直管不同收费不同
每一个谱增加50元。
10
XRD制样
1.切割
2.抛光
3.微区照片
60元/样
60元/样
20元/张
11.
激光显微拉曼光谱
7. 固体一维谱高分辨
60元/样(采样16次)
60元/样(采样16次)
100元/样（30min内），150元/样（1 h内），100元/加1h。
200元/样
400元/样
600元/样
300元/样（1 h内）
300元/加1 h
不包括氘代试剂费。其余特殊样品，特殊二维谱面议。
7
单晶X射线衍射仪
1．定晶胞
2．只测衍射数据
30元/点,60元/线,120元/面
5
纳米力学测试仪
光镜成像条件
原位扫描成像条件
原位扫描成像照片
100元/压痕
200元/压痕
100元/套
变温、动态条件下的测试面议。
6
500 MHz核磁共振波谱仪
1．液体一维谱1H
2．液体一维谱19F
3．其它核
4. 液体二维谱 COSY
5. 液体二维谱HMQC
6. 液体二维谱HMBC
说明：
校内按该标准的30%收费。要求特殊项目收费面议。
校外转账账号：
上海大学
033270－009
农行宝山支行大场所
测试中心收费财务账号：
校内收费项目代号：
原子力显微镜AFM
四、对样品的要求
原子力显微镜研究对象可以是有机固体、聚合物以及生物大分子等，样品的载体选择范围 很大，包括云母片、玻璃片、石墨、抛光硅片、二氧化硅和某些生物膜等，其中最常用的是 新剥离的云母片，主要原因是其非常平整且容易处理。而抛光硅片最好要用浓硫酸与 30%双 氧水的7∶3 混合液在90 ℃下煮1h。利用电性能测试时需要导电性能良好的载体，如石墨或 镀有金属的基片。
非接触模式（Non-Contact Mode）： 优点：没有力作用于样品表面。
缺点：由于针尖与样品分离，横向分辨率低；为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘，其扫描 速度低于Tapping Mode和Contact Mode AFM。通常仅用于非常怕水的样品，吸附液层必须 薄，如果太厚，针尖会陷入液层，引起反馈不稳，刮擦样品。由于上述缺点， oncontact Mode的使用受到限制。
如图所示，二极管激光器（Laser Diode）发出的激光束经 过光学系统聚焦在微悬臂（Cantilever）背面，并从微悬臂 背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器 （ Detector ）。在样品扫描时，由于样品表面的原子与微 悬臂探针尖端的原子间的相互作用力，微悬臂将随样品表 面形貌而弯曲起伏，反射光束也将随之偏移，因而，通过 光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面 形貌的信息。
一、仪器结构
在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy， AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部 分、位置检测部分、反馈系统。
1.1力检测部分
在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测 的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本 系统中是使用微小悬臂（cantilever ）来检测 原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般 100~500μ m长和大约500nm~5μ m厚的硅片 或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖， 用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小 悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性 系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依 照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择 不同类型的探针。
科研仪器设备案例库
科研仪器设备案例库背景科研仪器设备在科学研究中起着至关重要的作用。
通过使用先进的仪器设备，研究人员能够获得更准确、更可靠的实验数据，从而推动科学的发展和进步。
为了帮助科研人员更好地了解和选择适合自己研究需要的仪器设备，建立一个案例库是非常有必要的。
本文将提供一些具体案例，包括案例的背景、过程和结果，以期为读者提供代表性和启发性的信息。
案例一：原子力显微镜（AFM）背景原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种利用探针与样品之间相互作用力测量样品表面形貌和物理性质的高分辨率显微镜。
它可以在原子尺度上观察到样品表面的拓扑结构，并且可以测量样品表面的力学、电学等性质。
过程某研究团队使用AFM对一种新型纳米材料进行了表征。
首先，他们制备了纳米材料的样品，并将其放置在AFM的扫描平台上。
然后，他们选择了合适的探针，并进行了一系列的参数设置，例如扫描速度、扫描范围等。
接下来，他们通过控制扫描平台和探针，使探针与样品表面接触，并记录下样品表面形貌的数据。
最后，他们对数据进行分析，得到了纳米材料的表面形貌图像以及一些力学性质的测量结果。
结果通过使用AFM，研究团队成功地获得了纳米材料的高分辨率表面形貌图像。
他们观察到了纳米材料表面的微观结构，并测量了其粗糙度、颗粒大小等参数。
此外，他们还通过应用力-距离曲线法（Force-Distance Curve）测量了纳米材料的力学性质，如弹性模量、硬度等。
这些结果为进一步研究该纳米材料的物理性质提供了重要参考。
案例二：质谱仪背景质谱仪是一种用于分析和鉴定化学物质的仪器设备。
它通过将化学物质分子转化为离子，并根据离子的质量-电荷比进行分离和检测，从而确定化学物质的组成和结构。
过程一个研究小组使用质谱仪对一种新合成的有机化合物进行了分析。
首先，他们将样品注入到质谱仪中，并通过加热或电离源使其转化为离子。
然后，他们使用质谱仪中的质量分析器对离子进行分离，并根据其质量-电荷比记录下信号强度。
afm的原理
afm的原理AFM的原理。
原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种利用原子尖端探测样品表面形貌和性质的高分辨率显微镜。
它是20世纪80年代发展起来的一种新型显微镜，具有高分辨率、三维成像和能够在液体环境下工作等特点，被广泛应用于纳米科学和纳米技术领域。
AFM的工作原理是基于原子尖端与样品表面之间的相互作用力。
在AFM中，原子尖端通过弹簧片与悬臂相连接，悬臂另一端与激光光束相连接，激光光束会被反射到光敏探测器上。
当原子尖端接近样品表面时，原子尖端与样品表面之间的相互作用力会导致悬臂的振动发生变化，进而引起激光光束的偏转，最终被光敏探测器检测到。
通过对悬臂振动的变化进行测量和分析，可以得到样品表面的形貌和性质信息。
AFM可以实现对样品表面的原子级分辨率成像。
由于原子尖端与样品表面之间的相互作用力非常小，因此可以在不破坏样品表面的情况下进行高分辨率成像。
此外，AFM还可以在不同环境条件下进行工作，包括空气、液体甚至真空环境，使其在生物学、材料科学等领域中得到广泛应用。
除了成像外，AFM还可以用于测量样品表面的力学性质。
通过对悬臂振动的变化进行分析，可以得到样品表面的硬度、弹性模量等力学性质信息。
这使得AFM不仅可以对样品表面的形貌进行成像，还可以对其力学性质进行表征，为纳米材料的研究和应用提供了重要的手段。
总的来说，AFM作为一种高分辨率、多功能的显微镜，具有独特的优势和广泛的应用前景。
它的工作原理基于原子尖端与样品表面之间的相互作用力，通过对悬臂振动的变化进行测量和分析，可以实现对样品表面的高分辨率成像和力学性质表征。
这使得AFM成为纳米科学和纳米技术领域中不可或缺的工具，为人们深入研究纳米世界提供了重要的手段。
AFM原子力显微镜
AFM全称Atomic Force Microscope，即原子力显微镜，它是继扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope）之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器，可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测，或者直接进行纳米操纵；现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中，成为纳米科学研究的基本工具。
AFM是由G.Binning在STM的基础上于1986年发明的表面观测仪器。
AFM=Atomic Force Microscope（原子力显微镜）。
原子力显微镜与扫描隧道显微镜相比，由于能观测非导电样品，因此具有更为广泛的适用性。
当前在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜（Scanning Force Microscope），其基础就是原子力显微镜。
原理：当原子间距离减小到一定程度以后，原子间的作用力将迅速上升。
因此，由显微探针受力的大小就可以直接换算出样品表面的高度，从而获得样品表面形貌的信息。
分类﹕(1) 接触式﹕利用探针和待测物表面之原子力交互作用(一定要接触)，此作用力(原子间的排斥力)很小，但由于接触面积很小，因此过大的作用力仍会损坏样品，尤其对软性材质，不过较大的作用力可得较佳分辨率，所以选择较适当的作用力便十分的重要。
由于排斥力对距离非常敏感，所以较易得到原子分辨率。
(2) 非接触式﹕为了解决接触式之AFM 可能破坏样品的缺点，便有非接触式之AFM 被发展出来，这是利用原子间的长距离吸引力来运作，由于探针和样品没有接触，因此样品没有被破坏的问题，不过此力对距离的变化非常小，所以必须使用调变技术来增加讯号对噪声比。
在空气中由于样品表面水模的影响，其分辨率一般只有50nm，而在超高真空中可得原子分辨率。
(3) 轻敲式﹕将非接触式AFM 改良，将探针和样品表面距离拉近，增大振福，使探针再振荡至波谷时接触样品由于样品的表面高低起伏，使的振幅改变，再利用接触式的回馈控制方式，便能取得高度影像。
什么是原子力显微镜
什么是原子力显微镜
原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM）是一种用于研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的高级分析仪器。
它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。
原子力显微镜主要由两部分组成：微悬臂和反馈系统。
微悬臂是一对微弱力极端敏感的细小臂，一端固定，另一端的微小针尖接近样品表面。
当针尖与样品相互作用时，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。
反馈系统则负责实时监测微悬臂的变化，并通过调整针尖与样品之间的距离或改变针尖的形状来保持微悬臂的稳定。
在原子力显微镜中，扫描样品时，利用传感器检测微悬臂的变化，就可获得作用力分布信息。
这些信息可以以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。
由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅相关网站。
AFM原子力显微镜操作步骤
AFM原子力显微镜操作步骤AFM（Atomic Force Microscope），即原子力显微镜，是一种能够进行纳米尺度观测和测量的仪器。
其操作步骤可以分为以下几个主要部分：1.准备工作：a.确保实验室环境干净，安全且具备所需的温湿度条件。
b.打开AFM设备，在计算机上启动控制软件。
c.检查AFM设备的仪器和探头是否完好，并确保其正确安装。
2.样品处理：a.准备待测样品并将其固定在适当的基板上。
样品类型可以是固体、溶液或生物体。
b.在样品表面上选择并纳米尺度的扫描区域。
3.控制软件设置：a.在计算机上打开AFM控制软件，并选择适当的实验模式和参数设置。
b.确定所需的扫描范围和扫描方向，并设置扫描速度和采样率等参数。
4.探针校准：a.在探针针尖上涂覆一层导电性材料，例如金属。
b.将探头放置在AFM装置上，并进行力常数和质量标定等预处理步骤。
5.调整样品高度：a.使用显微镜透视系统观察样品表面，通过样品位置调整器上的粗调按钮将探头向样品移近，直到探头与样品表面接触。
b.利用AFM控制软件中的Z轴控制器进行微调，并观察探头与样品表面的接触力变化。
6.开始扫描：a.使用AFM控制软件中的扫描按钮启动扫描过程。
b.观察和监控扫描过程中的实时图像，并调整扫描参数以获得清晰的图像。
c.根据需要，可以选择不同的测量模式和扫描范围，例如原子分辨率扫描或表面形貌测量。
7.数据分析：a.在完成扫描后，保存所得到的数据图像。
b.利用AFM控制软件提供的分析工具对图像进行数据处理和图像重建等操作。
c. 使用其他图像处理软件，如ImageJ或MATLAB，对数据进行进一步分析和图像处理。
8.整理和存档：a.将测量结果整理成报告或记录，并保存在计算机或其他存储介质上。
b.清理和整理实验设备，确保其安全可靠，并在完成后关闭AFM控制软件。
总之，AFM的操作步骤涉及样品处理、控制软件设置、探针校准、调整样品高度、开始扫描、数据分析以及整理和存档等环节。
原子力显微镜-仪器百科
一、原子力显微镜简介原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM），一种可用来研究包括导体、半导体和绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。
它的横向分辨率可达0.15m，而纵向分辨率可达0.05m，AFM最大的特点是可以测量表面原子之间的力，AFM可测量的最小力的量级为10-14-10-16N。
AFM还可以测量表面的弹性，塑性、硬度、黏着力等性质，AFM还可以在真空，大气或溶液下工作，也具有仪器结构简单的特点，在材料研究中获得了广泛的研究。
它与其他显微镜相比有明显不同，它用一个微小的探针来”摸索”微观世界，AFM超越了光和电子波长对显微镜分辨率的限制，在立体三维上观察物质的形貌，并能获得探与样品相互作用的信息，典型AFM的侧向分辨率（x，y）可达到2nm，垂直分辩牢（方间）小于0。
1mmAFM具有操作客易、样品准备简单、操作环境不受限制、分辨率高等优点。
二、原子力显微镜的基本原理AFM中为检测出表面力而精细加工的感知杠杆使用了一端支撑的微小弹簧板。
在感知杠杆的尖端有半径几十纳米、非常尖的小探针，感知杠杆从试件表面受到探针的作用力变形。
感知杠杆的弹性系数K 一般为已知，通过用隧道电流或激光束偏移，来检测感知杠杆在Z方向上的微小位移△Z，可知作用在探针一表面之的局力（F=K△Z）。
一边测定该力，一边对试样进行机械的二维扫描，就能得到试样表面力的二维像。
为保持力的信号稳定，一边控制试样Z方向的位置，一边扫描试样，记录各点的移动量，就可以得到三维的精细形貌像。
图1当探针尖和试件表面的距离缩小到纳米数量级时，探针尖端原子和试件表面原子间的相互作用力就显示出来，由于原子间距离缩小产生相互作用，造成原子间的高度势垒降低，使系统的总能量降低，于是二者之间产生吸引力（范德华力），如果两原子间距离继续减小接近到原子直径量级时，由于两原子间的电子云的不相容性，两原子间的相互作用为排斥力（库仑力），原子力显微镜就是通过检测探针尖和试件表面原子间的相互作用力而进行测量的。
原子力显微镜(AFM)—上海交大分析测试中心
1982年
扫描隧道 显微镜
人类第一次能够实时 地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电 子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料 科学、生命科学等领域的 研究中有着重大的意义和 广阔的应用前景，被国际 科学界公认为八十年代世 界十大科技成就之一。
1.1扫描探针显微镜的产生
扫描隧道显微镜 （STM）
一. 原子力显微镜的产生、基 本应用及其基本工作原理
1.1 扫描探针显微镜的产生的必然性
低能电子衍射 和
X射线衍射
高分辨透射电子 显微镜
光学显微镜 和
扫描电子显微镜
X射线光电子 能谱
场电子显微镜 和
场离子显微镜
样品具有周期性结构
用于薄层样品的体相和界面研究
不足分辨出表面原子
只能提供空间平均的电子结构 信息
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
2、可实时地空得到实时间中表面的三维图像，可用于具有 周期性或不具备周期性的表面结构研究。
应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。
3、可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是体相或整 个表面的平均性质。
应用：可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的 形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等。
6、在技术本身，SPM具有的设备相对简单、体积小、价格便 宜、对安装环境要求较低、对样品无特殊要求、制样容易、检 测快捷、操作简便等特点，同时SPM的日常维护和运行费用也 十分低廉。
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
微米纳米结构表征，粗糙度，摩擦力，高度分布，自相关 评估，软性材料的弹性和硬度测试
位置的精确控制：通过在电场作用下可以 伸缩的压电陶瓷完成。这种晶体在受到机械 力并发生形变时会产生电场，或给晶体加一 电场会产生物理形变。AFM中常用的是管状 压电陶瓷。
原子力显微镜(AFM)
由於AFM具有原子級的解析度，是各種薄膜粗糙度檢測，及微觀表面結構研究 各種薄膜粗糙度檢測， 各種薄膜粗糙度檢測 的重要工具，並且也很適合與掃描電子顯微鏡相搭配，成為從mm至nm尺度的 的重要工具 表面分析儀器；而AFM亦可在液體環境中操作，更可用來觀測材料表面在化學 觀測材料表面在化學 表面分析儀器 反應過程中的變化，以及生物活體的動態行為 生物活體的動態行為，可廣泛應用於生物科技及醫學 反應過程中的變化 生物活體的動態行為 科技上。另外就是AFM亦可應用於奈米結構之製作與加工 應用於奈米結構之製作與加工，目前已有多種可行 應用於奈米結構之製作與加工 方法，應用於超高密度記憶裝置及次微米電子元件的製作 應用於超高密度記憶裝置及次微米電子元件的製作。 應用於超高密度記憶裝置及次微米電子元件的製作
AFM的操作模式可大略分為以下三種：(1)接觸式：在接觸式操作下，探針與樣品問 的操作模式可大略分為以下三種： 接觸式 在接觸式操作下， 接觸式： 的操作模式可大略分為以下三種 的作用力是原子間的排斥力， 的作用力是原子間的排斥力，這是最早被發展出來的操作模式，由於排斥力對距離 非常敏感，所以接觸式AFM較容易得到原子解析度。在一般的接觸式量測中，探針 與樣品問的作用力很小，約為10-6至10-10N (Newton)，但由於接觸面積極小，因此過 大的作用力仍會損壞樣品表面，但較大的的作用力通常可得到較佳的解析度。因此 選擇適當的的作用力，接觸式的操作模式是十分重要的。(2)非接觸式：為了解決接 非接觸式： 非接觸式 觸式AFM可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式AFM發展出來，這是利用原子間的長 可能損壞樣品的缺點，便有非接觸式 發展出來， 觸式 可能損壞樣品的缺點 發展出來 距離吸引力『凡德瓦爾力』來運作。 距離吸引力『凡德瓦爾力』來運作。凡德瓦爾力對距離的變化非常小，因此必須使 用調變技術來增強訊號對雜訊比，便能得到等作用力圖像，這也就是樣品的高度影 像。一般非接觸式AFM只有約50nm(10-9m)的解析度，不過在真空環境下操作，其解 析度可達原子級的解析度，是AFM中解析度最佳的操作模式。(3)輕敲式：第三種輕 輕敲式： 輕敲式 敲式AFM則是將非接觸式加以改良，其原理係將探針與樣品距離加近，然後增大振 則是將非接觸式加以改良，其原理係將探針與樣品距離加近， 敲式 則是將非接觸式加以改良 幅，使探針在振盪至波谷時接觸樣品，由於樣品的表面高低起伏，使得振幅改變， 使探針在振盪至波谷時接觸樣品， 再利用類似非接觸式的迴饋控制方式，便能取得高度影像。
AFM原子力显微镜操作步骤
AFM原子力显微镜操作步骤AFM（Atomic Force Microscope）原子力显微镜是一种能够实现对试样表面形貌和表面性质的高分辨率成像和测量的仪器。
下面是AFM原子力显微镜的操作步骤：1.准备工作：确定试样种类和尺寸，根据需要挑选合适的扫描模式、扫描速率和探针。
2.系统开启：打开电源，并按照厂家提供的操作手册启动电脑上的AFM软件。
3.校准仪器：a.确保仪器处于水平状态，用气体水平仪校准水平。
调整扫描单元位置，保证扫描单元离试样距离合适。
b.检查、校准AFM探针和光学显微镜对焦。
4.准备试样：将试样安装在AFM试样台上，确保试样平整、干燥，并且表面无明显污染。
a.对于生物样品，可以用细胞培养板或者玻璃片制作好的试样片。
b.对于无机材料或者金属样品，可以直接将样品放置在AFM试样台上。
5.扫描参数设置：根据试样的特性、扫描要求等因素，设置AFM扫描参数。
a.选择扫描模式，例如接触模式、非接触模式、振动模式等。
b.设置扫描速率、扫描范围、扫描线数等参数。
c.根据试样的硬度和粗糙度，选择合适的探针。
6.扫描操作：在AFM软件上点击开始扫描按钮，开始扫描操作。
a.操作软件上的控制面板，调整探针的位置和垂直力。
b.根据扫描要求，在试样上选择合适的扫描范围进行扫描。
c.实时观察显示的图像，适时调整扫描参数。
7.获得扫描结果：结束扫描后，保存扫描结果图片和数据。
a.可以将图像保存为位图格式或者矢量图格式。
b.可以对扫描图像进行分析和处理，例如计算表面粗糙度、测量高度差等。
8.仪器关闭：a.关闭扫描单元和激光仪器，并将扫描头移到安全位置。
b.关闭电源，关闭软件，关闭电脑。
需要注意的是，在操作AFM原子力显微镜时，要注意探针的安全使用和样品的保护。
此外，根据具体设备的不同，操作步骤可能会有些差异，确保按照操作手册进行操作。
上海交大测试收费明细
上海交通大学分析测试中心 收费标准Iac_office@2014‐9‐24目录材料微区分析室各台仪器收费标准 (4)(一) 分析型透射电子显微镜（TEM） (4)(二) 生物型透射电子显微镜（BIO-TEM） (5)(三) 高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM） (6)(四) 低真空超高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM-LV） (7)(五) 大气下原子力显微镜（AFM） (9)(六) 环境可控扫描探针显微镜（SPM） (9)(七) 生物型原子力显微镜（AFM） (10)(八) 色散型共聚焦拉曼光谱仪（RAM） (10)(九) 变角度光谱椭圆偏振仪（VEL） (11)(十) 纳米粒度分析仪（PCS） (11)(十一) 离子溅射仪&蒸碳仪（IS） (12)(十二) 高温/真空/气份环境光学显微镜&CCD相机（HTOM） (12)材料物性分析室各台仪器收费标准 (13)(一) 综合物性测量系统（PPMS） (13)(二) X射线光电子能谱仪（XPS） (14)(三) 扫描型X射线荧光光谱仪（XRF） (15)(四) X射线衍射仪 (15)(五) 能量色散X射线荧光光谱仪 (16)(六) 小角X射线散射仪 (16)化学分析室各台仪器收费标准 (17)(一) 火焰-石墨炉原子吸收分光光度计 (17)(二) 电感耦合等离子体发射光谱仪 (17)(三) 电感耦合等离子体质谱 (17)(四) 离子色谱仪 (18)(五) 高频红外碳硫分析仪 (18)(六) 核磁共振波谱仪 (18)(七) 傅里叶变换离子回旋共振质谱仪 (20)(八) 圆二色光谱仪 (22)(九) 红外光谱仪 (22)(十) 显微红外光谱仪 (23)(十一) 自动旋光仪 (24)(十二) 紫外可见分光光度计 (24)(十三) 动态热机械分析仪 (24)(十四) 差示扫描量热仪 (25)(十五) 热重分析仪 (26)(十六) 同步热分析仪 (26)生命科学室各台仪器收费标准 (28)（一）超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用仪（UMS）： (28)（二）气相色谱仪（GC）： (30)（三）气相色谱-质谱联用仪（GCM）： (31)（四）全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪（GCT） (32)（五）元素分析同位素质谱联用仪（EAI） (34)（六）元素分析仪 (37)（七）二维纳升液相色谱-线性离子阱质谱联用仪（LTQ） (37)（八）纳升液相色谱-四极杆飞行时间串联质谱联用仪（NLM） (40)（九）高效液相色谱仪（HLC） (46)（十）高效液相色谱仪（LCM） (47)（十一）全自动氨基酸分析仪（AAA） (48)（十二）超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪（QQQ） (50)（十三）荧光定量PCR仪（PCR） (51)（十四）荧光干涉显微镜（FIM） (51)（十五）生物大分子层析系统（AKT） (52)（十六）冻干机（LAB） (52)（十七）细胞压力破碎仪（CDR） (52)（十八）叶绿素荧光仪（PAM） (53)材料微区分析室各台仪器收费标准(一)分析型透射电子显微镜（TEM）细则校内医学院校外 CMA 1 形貌观察 TEM形貌观察：150元/样（每个样品每次限拍6张，多于6张后，另收10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）衍射谱：50元/张高分辨像：300元/张能谱：100元/样（限3个点以内，多于3个点，另收20元/点）双倾台300元/小时，无附加项按校外的8折计费TEM形貌观察：300元/样（每个样品每次限拍6张，多于6张后，另收20元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）衍射谱：100元/张高分辨像：600元/张能谱：200元/样（限3个点以内，多于3个点，另收40元/点）双倾台600元/小时，无附加项800元/样2 自主操作中午：200元/小时晚上：150元/小时周六、周日9:00-18：00 1200元/天无此项服务无此项服务无此项服务3 电镜培训 5000元/人 10000元/人10000元/人4 离子减薄 50元/小时按校外的8折计费100元/小时无此项服务5 双喷 50元/小时无此项服务无此项服务无此项服务6 DIMPLE 50元/小时无此项服务无此项服务无此项服务7 常规碳支持膜（200目）10元/个 20元/个 20元/个20元/个8 非常规支持膜（微栅、超薄碳膜等）20元/个 40元/个 40元/个40元/个(二)生物型透射电子显微镜（BIO-TEM）细则校内医学院校外 CMA1 形貌观察150元/样（每个样品限取6张照片，多于6张后，另加10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）按校外的8折计费300元/样（每个样品限取6张照片，多于6张后，另加20元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）800元/样2 自主操作 200元/小时周六、周日9:00-18：00，1200元/天无此项服务无此项服务无此项服务3 电镜培训5000元/人10000元/人10000元/人4 超薄切片样品包埋：50元/样；常温普通切片：100元/样；定位：100元/样生物样品TEM前处理：300元/个；常温细胞吞噬样品、含金属或金属氧化物样品超薄切片：350元/样普通样品冷冻切片(切AFM) ：200元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片(切AFM)：350元/样普通样品冷冻切片+TEM：400元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片+TEM：500元/样碳膜10元/个；按校外的8折计费样品包埋：100元/样；常温普通切片：200元/样；定位：200元/样生物样品TEM前处理600元/个常温细胞吞噬样品、含金属或金属氧化物样品超薄切片：500元/样普通样品冷冻切片（切AFM）：500元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片(切AFM)：500元/样冷冻切片+TEM：800元/样含金属或金属氧化物样品冷冻切片+TEM：800元/样碳膜20元/个；无此项服务5 常规碳支持膜（200目）10元/个 20元/个 20元/个20元/个6 非常规支持膜（微栅、超薄碳膜等）20元/个 40元/个 40元/个40元/个(三)高分辨场发射扫描电子显微镜（SEM）细则校内医学院校外 CMA说明1 仅形貌观察100元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加5元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）240元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加8元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按照每半小时一个样计算）300元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加10元/张；每个样品限时半小时，超出时间将按每半小时一个样计算）500元/样（每个样品限取5张照片，多于5张后，另加20元/张）2 形貌观察和元素分析SEM：与仅SEM收费相同。
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1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
微米纳米结构表征，粗糙度，摩擦力，高度分布，自相关 评估，软性材料的弹性和硬度测试
原子力显微镜
Atomic Force Microscopy(AFM)
上海交通大学分析测试中心 李慧琴
基本内容
一. 原子力显微镜的产生、基本应用及其基本 工作原理
二 .探针与样品之间的作用力 三. 原子力显微镜的分类（AFM、MFM、Ｅ
ＦＭ、ＣＦＭ等） 四. 原子力显微镜测试结果的影响因素及其应
用展望
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
微悬臂长为100-200 微米
弹性系数0.0041.85N/m
针尖曲率半径30nm 微悬臂0.01nm的形
变，激光束反射到光
△ F=k*△电z接收器上，可变成 △ △z—形3-1变0n量m的位。
△ k—微悬臂的弹性系数
△ F—作用力
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
2.1 力的分类
2. 短程力：原子间斥力 对于短程力，有效针尖很小，要求在原子尺
寸，但一般的针尖大小在纳米尺度（5－ 40nm),如果得到原子尺寸的图像，就要要求 样品表面足够均匀及弹性变化不强。
2.1 力的分类
3. 跳跃接触 当探针和样品两个平面间距足够小时，它
们之间的力梯度等于它们二者中一个或两个 的势能二级导数，悬臂就会发生不稳定，与 样品表面跳跃接触在一起。
3.2 磁力（MFM）显微镜 ——Lift Mode
Lift Mode 适用 于在轻敲模式下
的程度得到的，检测微悬臂弯曲的方式有： 1. 隧道电流法：同隧道扫描中使用的方法类似，
2. 电容检测法：微悬臂受力而产生的位移将改变与 之相连的电容极间距离，电容值发生变化，电容 极间还可由一个压电陶瓷驱动器来控制
3. 光学检测法，有光干涉法和激光束反射检 测法。 可以检测出微悬臂0.01nm幅度的弯曲。
第二种原因是它们之间毛细力，相互吸引 使得针尖发生跳触。
2.1 力的分类
4. 黏附力 与样品的表面性质，杂质和缺陷有关
5. 摩擦力 悬臂与表面接触，同时又在表面上横向移动，产生 滑动摩擦。
6. 毛细力 7. 磁力，用以测试磁性材料表面的磁畴。 8. 静电力， 类似于磁力，可以用来测量表面的电荷密
度等。
只能探测在半径小于100nm的针尖上的原子 结构和二维几何性质，且制样技术复杂
1.1扫描探针显微镜的产生的必然性
纳米科技突飞猛进的发展
Biomolecular Recognition on Vertically Aligned Carbon Nanofibers[1]
ε-Co nanocrystals coated by a monolayer of poly(acrylic acid)-blockpolystyrene [2]
AFM_Tapping_Feedback_Loop.swf
液体下敲击模式
操作同液体下的接触模 式
使用的探针是接触模式 使用的探针
由于探针处在液体中， 而非空气中，探针的共 振频率产生了改变，需 要重新设置
探针容易受到污染
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
3.1.2 摩擦力显微镜(LFM)
3.6.6 纳米微硬度研究
微硬度测定
类金刚石薄膜 23，34，45μm 扫描范围500nm
微载荷划痕研究
10nm厚的类金刚石薄膜
扫描范围9μm，划痕长 5μm
3.2 磁力显微镜（MFM）
探针： 表面镀有一层磁性物质，如Co，Ni等 是一种长程力的测试，适用于磁性样品表面 在敲击模式中，同时进行非接触测试 分辨率取决于探针距离样品的距离 MFM是对针尖与样品漏磁场间的磁力作出响应，而不是对样品的磁化强
AFM_Contact_Feedback_Loop.swf
接触模式力曲线
接触模式力曲线
各种典型的力曲线
接触模式力的计算
F= k (△ Z ) △ Z =7.6div*10V/div*Z
piezo sensitivity
是探针和样品间范德华 力、静电力、毛细力 等综合力的表现
液体下的接触模式
液体环境下的接触模式
二. 探针与样品之间的作用力 2.1 力的分类
两个物体在距离上互相接近的过程中， 他们之间会产生各种各样的相互作用力，而 且与物体的特性有关。
1. 范德华力
范德华力存在于各种原子或分子之间,它的有 效距离在几个埃到几百埃的范围内.
利用它来测量表面形貌可达到纳米级的分 辨率，在范德华力区域扫描成像是非接触 的，可以避免损伤针尖。
4、可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样 品浸在水和其它溶液中，不需要特别的制样技术，并且探测过 程对样品无损伤。
应用：适用于研究生物样品和在不同试验条件下对样品表 面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过 程中电极表面变化的监测等。
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
5、配合扫描隧道谱，可以得到有关表面结构的信息，例如 表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒 的变化和能隙结构等。
位置的精确控制：通过在电场作用下可以 伸缩的压电陶瓷完成。这种晶体在受到机械 力并发生形变时会产生电场，或给晶体加一 电场会产生物理形变。AFM中常用的是管状 压电陶瓷。
1.3 原子力显微镜（AFM）的基本工作原理
对微悬臂的设计要求
对微悬臂的设计要求： 1. 低的弹性常数，为了测量较小的力 2. 高的力学共振频率，为了得到与STM相当的数据采
照射到微悬臂背面的激光反射到一个具有四个象限的光电 检测器上，检测器不同象限接收的激光强度差值同微悬臂的 形变量形成一的比例关系。如微悬臂的形变为0.01nm,激光 反射到光电检测器上，则可变成3-10nm 的位移，足够产生 可测量的电压差，反馈系统根据检测器电压的变化不断调整 针尖或样品Z轴方向的位置，以保持针尖-样品间的作用力恒 定。通过测量检测器电压对样品扫描位置的变化，就可得到 样品的表面形貌图像。
是研究纳米摩 擦的工具
受样品表面粗 糙度的影响
受环境湿度温 度等影响
摩擦系数的比较、计算
3.1.3 化学力显微镜
把探针表面进行功能化 修饰，使针尖表面带有 特殊的官能团
这种官能团与样品表面 的官能团成键
在探针抬起的过程中， 这种化学键作用力就会 在力曲线上粘附力中反 应出来
探针在垂直方向有一个小的振荡，比扫描 速度要快得多，刚性表面对探针产生更大的 阻力，微悬臂的弯曲就较大。采集微悬臂的 振荡形变（AC）信息，就可以得到力调制数 据，即不同的刚性的区域。
b. 力调制(force modulation)技术
3.1.5 检测纳米硬度的技术
用金刚石针尖可以进行材料表面与薄膜微硬度测 定，微载荷压痕、划痕研究。
原子力显微镜（AFM）
扫描近场光学显微境 （SNOM）
弹道电子发射显微镜 （BEEM）
扫描力显微镜（SFM）
扫描探针显微镜 （SPM）
1.2扫描探针显微镜的特点及其应用
1. 分辨率高 横向分辨率可达
0.1nm
纵向分辨率可达
0.01nm
HM：高分辨光学显微镜；PCM：相反差显微镜；(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜；FIM：场 离子显微镜；REM：反射电子显微镜
3.1.4 检测材料不同组分的技术
a. 相位成像技术 b. 力调制技术
a.相位（phase)成像技术
探针共振时的振幅和相位图
a.相位（phase)成像技术
用于在轻敲模 式下的相分离 扫描
用于复合材料、 表面污染物等 测试
同时也可得到 比较清晰的轮 廓图
Hale Waihona Puke SEBS的分相结构b. 力调制(force modulation)技术
2.2 力-距离曲线
三.扫描力显微镜的分类
3.1 原子力显微镜 3.1.1 斥力模式AFM 3.1.2 摩擦力显微镜 3.1.3 化学力显微镜 3.1.4 检测材料不同组分的技术 a. 相位成像技术 b .力调制技术 3.1.5 检测材料纳米硬度的技术
3.2 磁力显微镜 3.3静电力显微镜
3.1 原子力显微镜
度进行直接测量，还不能将样品磁化强度通针尖与样品间的力对应起 来，因为样品表面附近有很高的磁偶极密度，这样样品漏磁场最高的区 域是空间坐标内磁化强度变化最快的地方，MFM检测到的就是针尖在样 品上方感受到的最强力。 下面首先讲一下升起模式Lift Mode，也是非接触模式
3.2 磁力（MFM）显微镜
1982年
扫描隧道 显微镜
人类第一次能够实时 地观察单个原子在物质表 面的排列状态和与表面电 子行为有关的物理、化学 性质，在表面科学、材料 科学、生命科学等领域的 研究中有着重大的意义和 广阔的应用前景，被国际 科学界公认为八十年代世 界十大科技成就之一。
1.1扫描探针显微镜的产生
扫描隧道显微镜 （STM）
一. 原子力显微镜的产生、基 本应用及其基本工作原理
1.1 扫描探针显微镜的产生的必然性
低能电子衍射 和
X射线衍射
高分辨透射电子 显微镜
光学显微镜 和
扫描电子显微镜
X射线光电子 能谱
场电子显微镜 和
场离子显微镜
样品具有周期性结构
用于薄层样品的体相和界面研究
不足分辨出表面原子
只能提供空间平均的电子结构 信息
1.2 扫描探针显微镜的特点及其应用
2、可实时地空得到实时间中表面的三维图像，可用于具有 周期性或不具备周期性的表面结构研究。