AFM简介

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AFM总结

AFM总结AFM（Atomic Force Microscopy，原子力显微镜）是一种高分辨率、非接触式的显微镜技术，用于研究材料表面形貌和性质。

它基于探针与样品表面之间的相互作用力，通过扫描样品表面并记录这些相互作用力的变化，从而实现对样品的显微观察。

原理AFM的工作原理基于一种称为扫描探针的微细尺寸探头。

探针通过微悬臂束附着在针座上，其尖端与样品表面相互作用。

当探针扫描在样品表面上时，探针的尖端会受到样品表面的相互作用力的影响，从而造成悬臂束的微小弯曲。

这种微小的弯曲被传感器检测到，并转化为电信号。

通过记录这些电信号的变化，我们可以确定样品表面的形貌和性质。

由于探针与样品表面之间的相互作用力的极小化，AFM是一种非接触式的显微镜技术，可以避免对样品的损伤。

主要应用AFM在物理学、生物学、化学和材料科学等领域中具有广泛的应用。

表面形貌研究AFM可用于研究材料的表面形貌，包括纳米级和亚纳米级的特征。

通过扫描样品表面并记录探针的位置变化，我们可以生成具有高空间分辨率的表面拓扑图像，进而分析材料的表面结构和形貌特征。

材料力学性质研究AFM还可用于研究材料的力学性质。

通过在AFM探针的尖端引入压力传感器，我们可以测量样品表面的力学响应。

通过在不同位置施加力并记录反馈响应，我们可以获得材料的力学性质，如弹性模量、硬度和粘度等。

生物分子研究AFM在生物学研究中也发挥着重要的作用。

它可以用于观察和测量生物分子，如蛋白质、DNA和细胞等。

通过准确控制扫描速度和力度，AFM可以提供有关生物分子尺寸、形状和相互作用力的信息。

这对于了解生物分子的结构和功能起着至关重要的作用。

纳米加工和纳米制造AFM还可用于纳米加工和纳米制造。

通过利用AFM探针的尖端作为纳米刻蚀工具，我们可以在样品表面上进行定向的纳米加工，并实现纳米级结构和器件的制备。

这种纳米加工技术在纳米电子学、纳米器件和纳米材料的研究与开发中具有重要意义。

优点和局限性AFM具有以下优点：•高空间分辨率：AFM具有亚纳米级别的空间分辨率，可以观察到细微的表面形貌特征。

AFM

非接触模式
作用力为吸引力，使用这一模式需要非常硬的微悬臂，以保证吸引力不会克服微悬臂的弹性系数而造成针尖的跃入，不常用。
力调制模式
动态模式中，微悬臂实际振动的振幅与设定点的差值成为改变微悬臂高度位置的依据。
（2）工作模式
间歇接触模式（轻敲模式）
方式：针尖周期性接触样品，作用力为范德华力
优点：消除了横向力，图像分辨率高; 不损伤样品表面缺点：扫描速度慢
AFM可观测细胞的表面形态结构，对细胞的要求一般为：表面平整、高度起伏小于10-20微米、表面有一定的硬度。
b AFM对生物大分子及其性质的观测研究
AFM目前已广泛应用于蛋白质、核酸（DNA RNA）磷脂生物膜、多糖等大分子以及有机化合物在空气中或溶液中的形态观测研究。
c AFM对生物分子间力谱曲线的观，设定点与实际值之间的差值被用来作为改变微悬臂高度位置的依据，使用者自行优化积分增益值和比例增益值，以适应各种不同的成像条件。
间接接触模式
动态模式
针尖和表面进行斥力性的接触，由于整体上和表面直接接触的时间短，侧向方向的力比静态模式小，法向力相对更高。
AFM的简单认识
2014.10.20
主要内容
一 AFM的简介及其发展历程
二 AFM的工作原理
三 AFM的主要构成
四 AFM的成像模式及工作模式五 AFM的应用六 AFM的现状及展望
一 AFM的简介及其发展过程
（1）AFM的简介
原子力显微镜（AFM）为扫描探针显微技术的一种，指具有“微细探针机制”及“扫描机制与动作”的显微技术，而AFM为SPM的代表仪器，其在科学上的应用已非局限在奈米尺度表面影像的量测，更广为应用于探索纳米尺度下微观的物性（光、力、电、磁）量测甚至操作，对纳米科技有直接的助益。

AFM简介解读

微纳尺寸的测试表征技术之—AFM简介：AFM全称Atomic Force Microscope，即原子力显微镜，Binnig, Quate and Gerber于1986年发明。

它是继扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope）之后发明的一种高分辨的新型仪器，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；其相对于STM最大的优势是可以测不导电的样品。

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。

原理：AFM是用一种特殊的探针去探测针尖和样品之间的相互作用力，这种作用力即是Van der Waals力（分子间相互作用力）。

当AFM针尖靠近样品表面的时候，针尖和样品表面原子之间的原子力如下图所示：表面施加给针尖的相互作用力会导致悬臂的弯曲悬臂这样微小的变化可以通过光学技术记录下来，这样就可以产生AFM 的形貌图AFM 的分辨率对于AFM ，悬臂变化对针尖和样品之间距离的依赖性比较弱（如下图所示）Z = - F / k这样会导致针尖上的几个原子同时和样品上的几个原子起作用。

因此，AFM 并不能得到原子级的分辨率。

AFM设备扫描探头，回路系统，振动隔离系统，探针，悬臂变化探测系统等AFM探针----悬臂和针尖在AFM中，探针是平行于样品表面放置的，探针由弹性的悬臂，悬臂末端的针尖和一个底座构成。

当针尖和样品之间的相互作用力发生的时候，弯曲就会在悬臂上产生。

AFM悬臂悬臂可以理解成一个具有弹性系数k的弹簧，当力（F）作用在探针上的时候，悬臂上就会发生一个小的偏移（∆z），并遵守胡克定律。

∆Z = - F / kV型的悬臂是最常用的，它对垂直的变化具有较小的力学阻力，但对于横向的变化又有较大的力学阻力。

另一种比较常用的悬臂是直角的。

悬臂一般长100到200μm，宽10到40μm，厚0.3到2μm。

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。

afm结构

afm结构
AFM (Atomic Force Microscopy)是原子力显微镜的缩写。

AFM
是一种高分辨率的显微镜技术，用于观察纳米尺度下的样品表面形貌和力学特性。

AFM结构包括以下部分：
1. 扫描头：位于顶部的扫描头通过悬臂臂杆与样品表面接触。

它通常由硅等材料制成，并具有纳米尺度的尖端。

2. 悬臂臂杆：悬臂臂杆是AFM的核心组件，用于悬挂扫描头
并检测样品表面的力。

它通常是一个细长的弹性杆，常用的材料有硅、硅橡胶等。

3. 悬挂系统：悬挂系统用于支撑和操作悬臂臂杆。

它通常由一组弹簧、压电陶瓷等构成，使扫描头能够在垂直和水平方向上移动。

4. 探头：探头是悬臂臂杆末端的尖端，用于感测样品表面的力。

探头可以是针状、圆顶状或薄膜状，具体选择取决于应用需求。

5. 弯曲检测系统：弯曲检测系统用于测量悬臂臂杆的弯曲变形，从而推断样品表面的形貌和力学特性。

常用的弯曲检测方法包括光敏检测和压电检测。

6. 扫描控制系统：扫描控制系统用于控制扫描头在样品表面上的移动，以获取样品的图像和数据。

它通常包括一个扫描电子
学系统和相应的控制软件。

总之，AFM是一种基于悬臂臂杆挡板在样品表面扫描的技术，通过测量悬臂臂杆的弯曲变形来获得样品的形貌和力学特性信息。

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。

afm原理

afm原理
AFM(Atomic Force Microscopy，原子力显微镜)是一种高分辨
率的成像技术，可以在纳米尺度下观察样品表面的形貌、力学性质和表面电荷分布。

其基本工作原理是通过纳米尺度的探针与样品表面之间相互作用，获得样品表面的形貌信息。

在AFM中，探针通常由一根弹性的探针尖端构成，使用弹性
振幅调制技术进行操作。

探针与样品表面之间的相互作用力可以通过探针的振幅变化来测量。

当探针与样品表面相互作用时，在探针尖端位置上会产生微小的变形，该变形可通过激光或电信号检测到。

AFM的工作原理基于弹性力与探测力之间的相互作用。

探测
力可以通过探针的振幅变化来测量，从而获得样品表面的拓扑信息。

当探针尖端与样品表面的相互作用力增加时，探针的振幅呈现减小的趋势。

相反，当相互作用力减弱时，探针的振幅呈现增加的趋势。

通过测量这些振幅变化，可以生成样品表面的拓扑图像。

除了形貌信息，AFM还可以测量样品表面力学性质。

通过测
量探针在样品表面的弹性变形，可以推断样品的硬度、弹性模量等力学性质。

此外，AFM还可用于测量样品表面的电荷分布，通过将探针
调制成了一种电容器，利用样品表面和探针之间的物理电容效应来测量样品表面的电荷状态。

通过这种方式，可以获得样品表面的电荷分布图像。

总的来说，AFM利用探针与样品表面之间的相互作用来获取样品表面的形貌、力学性质和电荷分布等信息。

这种显微技术广泛应用于物理学、化学、材料科学等各个领域的研究中，为研究微观结构和性质提供了一种强大的工具。

afm计算功函数

afm计算功函数摘要：1.AFM 简介2.计算功函数的定义和重要性3.AFM 测量计算功函数的方法4.AFM 计算功函数的应用5.总结正文：一、AFM 简介原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种扫描探针显微术，能够实现对样品表面形貌和力的高分辨率测量。

AFM 广泛应用于材料科学、生物医学、纳米技术等领域，为我们提供了关于物质表面结构和性质的宝贵信息。

二、计算功函数的定义和重要性计算功函数（Work Function，WF）是指从一个原子或分子系统中移除一个电子所需的最小能量。

它是描述材料表面电子状态的重要参数，对于研究材料表面化学反应、电子传输过程等方面具有重要意义。

计算功函数的准确测量有助于我们更好地理解材料的导电性、光学性能等特性。

三、AFM 测量计算功函数的方法AFM 可以通过测量样品表面与探针之间的相互作用力来计算功函数。

具体操作步骤如下：1.将AFM 探针与样品表面接触，记录下此时的力- 距离曲线；2.根据力- 距离曲线计算出样品表面形貌；3.分析样品表面形貌，确定电子状态；4.根据电子状态，计算出计算功函数。

四、AFM 计算功函数的应用AFM 计算功函数在众多领域具有广泛的应用，例如：1.在材料科学中，通过测量不同材料的计算功函数，可以研究其导电性、光学性能等特性；2.在生物医学中，AFM 计算功函数可用于研究生物大分子（如蛋白质、核酸）的结构和功能；3.在纳米技术中，AFM 计算功函数有助于优化纳米器件的性能。

五、总结AFM 作为一种高精度的表征手段，能够有效地测量计算功函数，为我们研究材料表面电子状态提供了有力工具。

afm工作原理

afm工作原理
AFM（Atomic Force Microscopy）是一种扫描探针显微技术，用于研究材料表面的形貌和力学性质。

它的工作原理基于测量微小力量对探针的作用，从而提供高分辨率的表面拓扑图像。

AFM利用微型探针（尖端具有纳米或亚纳米尺寸）来探测材料表面的特征。

探针通过压电驱动器和弹簧控制的力传感器相连。

整个系统由精确的位移控制器、激光扫描干涉仪和探针驱动器组成。

在运行AFM时，探针在被测样品的表面上移动，并受到样品表面结构造成的相互作用力的影响。

这种相互作用力可以是范德华力、电磁力、化学键力等。

探针的垂直位移受到力的变化而发生变化。

激光扫描干涉仪用于检测探针的垂直位移。

当探针受到样品表面力的影响时，其垂直位移发生改变，激光扫描干涉仪会测量到干涉信号的强度变化。

位移控制器根据这些信号调整探针的高度，以保持探针与样品表面的恒定力。

位移控制器的操作使探针在样品表面上移动，形成一个扫描图像。

通过测量激光的干涉信号和控制探针的高度，可以获取到样品表面的拓扑信息。

AFM具有非常高的分辨率，可以达到亚纳米级别的表面形貌分辨率。

除了表面拓扑图像，AFM还可以用于测量样品的力学性质。

通过探针对样品施加力，并测量探针位移和样品响应力之间的
关系，可以得到样品的力学特性，例如弹性模量、硬度等。

AFM的工作原理简单而灵活，使其成为研究纳米级材料性质和表面纳米结构的重要工具。

它在生物学、材料科学和纳米技术等领域的应用非常广泛。

advanced functional materials介绍

advanced functional materials介绍
Advanced Functional Materials（AFM）是一本国际期刊，由Wiley-VCH出版，并且主要关注于功能材料的研究和应用。

该期刊发表高质量的原创研究论文、综述和快讯，涵盖了各种功能材料的合成、表征、性能和应用。

AFM的研究领域广泛，包括但不限于功能陶瓷、磁性材料、光电材料、生物材料、纳米材料、能源材料、超导材料、透明导电材料等。

这些功能材料在高科技、能源、医疗、环境等领域具有重要的应用价值。

AFM的目标是推动功能材料的研究和发展，促进各学科间的跨界合作和知识交流。

该期刊的优势在于其高质量的同行评审制度，确保所发表的研究具有科学性和创新性。

此外，AFM 还提供快速出版的机会，以及为作者提供广泛的宣传和传播平台，以促进其研究成果的影响力和可见度。

总之，Advanced Functional Materials是一本专注于功能材料研究和应用的国际期刊，旨在推动这一领域的发展，并为研究人员提供一个交流和展示研究成果的重要平台。

AFM简介

当车辆急加速或高负载时，需求多缸发动机较高的功率输出，但是，根据统计显示，在日常
的用车过程中，大多数情况发动机的功率使用均低于 25%，比如车辆在高速公路开行时，仅需要 40 马力（30 千瓦）的功率输出便可以满足车辆前进动力需求，以及必要的附件运转，比如空调开启。当汽油发动机运转在低负载条件下，发动机的有效压缩比远小于标定的压缩比值，节气门处于不完全打开状态，发动机在每一个进气冲程中的进气量也远小于满负荷的最大进气量，因此，燃烧室里面混合气体燃烧产生的压力和温度也远小于满负荷状态，根据热力学定律，发动机的热效率转换也远小于其可达的最大热效率值，即是发动机燃烧热能转化为运转机械能的效率不高。因此，在大部分的日常车辆使用过程中，高功率，大排量的发动机配备实际上并没有被发挥到极致，反而在一定程度上造成了浪费，并增加了额外的燃油消耗。主动燃油管理（active fuel management）技术就是针对这种情况而产生的，它可以根据发动机的运转工况要求，智能的控制发动机运转，在低负荷时，关闭部分气缸，以减少燃油消耗，提高热转化效率，在高负荷时，开启全部气缸，又能使功率输出满足驾乘需求。编辑本段工作原理
主动燃油管理（active fuel management）技术是通过电磁阀来控制液压气门挺杆的油路供给，通过调整选定气缸气门挺杆的机油压力，使得部分气缸气门保持关闭，这些气缸将会停止进气或排气，被选定的气缸将不参与发动机功率输出，从而达到提高燃油经济性的目的。为了达到关闭气缸的效果，当发动机燃烧作功冲程完成后，排气门将被电磁阀控制而保持关闭，当发动机排气冲程时，废气将在气缸内保留并被压缩，当发动机进入进气冲程时，进气门也被电磁阀控制而保持关闭，使得气缸不能进气，这样保留在气缸之中的废气将会在发动机各冲程中不断被压缩和膨胀，类同于气弹簧。根据发动机气缸分布，那么一次会有多个气缸被同时关闭（例如 V8 发动机 1，4，6 和 7 缸），当其中两缸废气处于被压缩状态时，另外两缸废气将会处于被膨胀状态，这样的平衡使得这些气缸的关闭并不会对发动机造成额外的负担，不会影响发动机的正常运转。当发动机工况改变，需要更大的功率输出时，那么被关闭气缸的排气门将会在排气冲程中打开，废气将会被排出，发动机进入全缸正常工作状态，为车辆带来更大的动力。编辑本段技术意义

原子力显微镜(AFM)原理及应用讲解教学内容

测试
注：AFM制样时，对样品导电与否没有要求，因此测量范围比较广泛。
10 AFM测试及结果分析
GO的AFM图样
10 AFM的其他应用
利用AFM可以对样品进行表面原子搬运，原子蚀刻，从而制造纳米器件。
Thank you for your attention !
原子力显微镜就是利用原子之间微妙的关系来把原子样子给呈现出来。
4 AFM的工作过程
5 AFM的硬件结构
• 力检测系统
在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来检测原子之间力的变化量。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。
1985年，IBM公司的Binning 和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM），弥补了STM的不足，可以用来测量任何样品（无论导电性与否）的表面。
2 AFM的结构简图
AFM针尖 AFM利用一个对微弱力极敏感的、在其一端带有一微小针尖的微悬臂，来代替STM 隧道针尖，通过探测针尖与样品之间的相互作用力来实现表面成像的（右上图）。
3 AFM工作原理
原理：
AFM是在STM的基础上发展起来的。所不同的是，它不是利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。
假设两个原子一个是在悬臂的探针尖
端，另一个是在样本的表面，它们之间的作用力会随距离的改变而变化，其作用力与距离的关系如右图所示，当原子与原子很接近时，彼此电子云斥力的作用大于原子核与电子云之间的吸引离时，其电子云斥力的作用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故整个合力表现为引力的作用。

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)

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简介

-10
-20
-30
-40
-50
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
deformation [nm]
PS
Force volume
µm
µm
5
Height
4
100
0 3
-100 2
-200 1
-300
0
0
1
2
3
4
5
µm
5
Young’s modulus
4 10
3
8
6 2
4
1
2
0
0
1
2
3
4
• Contact mode: deflection setpoint setpoint数值越高，针偏斜越大，力越大
AFM 探针的材料
•探针材料一般是单晶硅或者氮化硅制成，部分可能有其他涂层（金属，DLC等）
探针的重要参数
悬臂梁（cantilever）的参数：尺寸：宽度（w）、长度（L）、厚度（w）决定弹性系数（K）一般来说，弹性系数越大，共振频率（f0）越高。部分悬臂梁会有涂层，常见涂层为铝或者金。
5
µm
MPa
nm
Bruke公司的PeakForce技术
31
谢谢！
追求更高的分辨率
针尖尺寸对样品形貌的影响
针尖尺寸对样品形貌的放大作用
不同的扫描模式
Tapping mode
相图
• 悬臂梁振动信号与驱动信号在相图上的区别 • 相图受样品的高度，软硬、粘性、模量等的综合影响
力谱分析
• 基于contact 模式

afm功率谱密度

afm功率谱密度
AFM (Atomic Force Microscope) 是原子力显微镜的缩写，它是一种用于纳米尺度表面形貌和性质研究的仪器。

AFM 并不直接与功率谱密度(Power Spectral Density, PSD) 相关，因为PSD 更多地与信号处理、振动分析或电磁场分析等领域相关。

但如果你提到的"AFM 功率谱密度" 是指通过原子力显微镜获得的某种信号的功率谱密度分析，那么可能是指对AFM 探测到的信号（如悬臂梁的振动、表面形貌的波动等）进行频域分析，以揭示其频率特性和能量分布。

功率谱密度（PSD）是描述随机过程或信号的功率如何在不同频率上分布的函数。

在AFM 的背景下，PSD 可能被用来分析悬臂梁的振动模式、表面粗糙度或其他与AFM 信号相关的频率成分。

afm 范围和晶粒尺寸

afm 范围和晶粒尺寸
Atomic Force Microscopy（AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，用于观察材料表面的拓扑结构和物理性质。

AFM的范围和分辨率主要受到探针和样品的特性影响。

1.AFM的范围：
•扫描范围：AFM的扫描范围通常从纳米到微米级别，可以实现对小范围样品的高分辨率扫描。

•扫描高度：AFM可以在垂直方向上进行扫描，实现对样品表面的高度测量，范围通常在几纳米到数百微米。

2.AFM的分辨率：
•垂直分辨率：AFM的垂直分辨率通常可以达到亚纳米级别，具有极高的表面高度分辨率。

•水平分辨率：AFM在水平方向上的分辨率通常在几纳米到数十纳米之间，取决于探针的尖端尺寸和样品表面的特
性。

关于晶粒尺寸，AFM可以用于观察晶体表面的拓扑结构，但需要考虑晶体的结晶度和表面形貌。

如果晶粒尺寸在AFM的分辨率范围内，那么AFM可以提供对晶粒的形貌和尺寸的详细观察。

需要注意的是，AFM的性能也取决于所使用的具体仪器和探针，因此不同型号的AFM在范围和分辨率上可能存在一定的差异。

在使用AFM进行实验时，最好查阅仪器的技术规格和相关文献，以确保了解其性能和适用范围。

原子力显微镜(AFM)原理及应用讲解

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相位移模式
作为轻敲模式的一项重要扩展技术，相移模式(相位移模式)通过检测驱动微悬臂探针振动的信号源的相位角与微悬臂探针实际振动的相位角之差（即两者的相移）的变化来成像。引起该相移的因素很多，如样品的组分、硬度、粘弹性质等。因此利用相移模式(相位移模式)，可以在纳米尺度上获得样品表面局域性质的丰富信息。迄今相移模式(相位移模式)已成为原子力显微镜的一种重要检测技术。
1985年，IBM公司的Binning 和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM），弥补了STM的不足，可以用来测量任何样品（无论导电性与否）的表面。
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AFM的结构简图
AFM针尖
AFM利用一个对微弱力极敏感的、在其一端带有一微小针尖的微悬臂，来代替STM 隧道针尖，通过探测针尖与样品之间的相互作用力来实现表面成像的（右上图）。
6 AFM的集中工作模式
• 接触模式：
微悬臂探针紧压样品表面，检测时与样品保持接触，作用力（斥力）通过微悬臂的变形进行测量。
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轻敲模式：针尖与样品表面相接触，分辨率高，但成像时针尖对样品的作用
力较大，适合表面结构稳定的样品。用处于共振状态、上下振荡的微悬臂探针对样品表面进行扫描，样品表面起伏使微悬臂探针的振幅产生相应变化，从而得到样品的表面形貌。该模式下，扫描成像时针尖对样品进行“敲击”，两者间只有瞬间接触，能有效克服接触模式下因针尖的作用力，尤其是横向力引起的样品损伤，适合于柔软或吸附样品的检测。
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AFM工作原理
原理：
AFM是在STM的基础上发展起来的。所不同的是，它不是利用电子隧道效应，而是利用原子之间的范德华力（Van Der Waals Force）作用来呈现样品的表面特性。假设两个原子一个是在悬臂的探针尖端，另一个是在样本的表面，它们之间的作用力会随距离的改变而变化，其作用力与距离的关系如右图所示，当原子与原子很接近时，彼此电子云斥力的作用大于原子核与电子云之间的吸引力作用，所以整个合力表现为斥力的作用，反之若两原子分开有一定距离时，其电子云斥力的作用小于彼此原子核与电子云之间的吸引力作用，故整个合力表现为引力的作用。

afm 平均杨氏模量

AFM 平均杨氏模量1. 什么是 AFM？原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，简称 AFM）是一种高分辨率的显微镜技术，可以用来观察和操作物质的表面。

它利用微小的力作用在样品表面上，通过探针对样品表面进行扫描，从而获取样品表面的拓扑信息。

2. 什么是杨氏模量？杨氏模量（Young’s modulus）是刻画固体材料刚性和弹性的物理量，代表了单位面积内的应力与应变之间的关系。

杨氏模量越大，材料的刚性越高，反之则越柔软。

3. AFM 平均杨氏模量的意义AFM 平均杨氏模量是指通过 AFM 技术测量得到的多个点的杨氏模量的平均值。

由于材料的性质在微尺度上可能存在空间差异，因此通过测量多个点的杨氏模量并求平均值，可以更准确地描述材料的宏观性质。

AFM 平均杨氏模量的测量结果对于材料科学和工程领域具有重要意义。

它可以用来评估材料的力学性能，例如刚性、弹性等。

同时，它也可以用来研究材料的结构和形变行为，以及材料在不同环境下的响应。

4. AFM 平均杨氏模量的测量方法AFM 平均杨氏模量的测量方法通常包括以下步骤：4.1 准备样品首先，需要准备一个待测材料的样品。

样品可以是固体材料的薄片、膜片，也可以是液体中的微粒等。

样品的表面应尽可能平整，以便进行扫描。

4.2 调节 AFM 仪器将样品放置在 AFM 仪器的扫描台上，并调节仪器的参数，例如扫描速度、力探针的硬度等。

根据样品的性质和需要测量的区域大小，选择合适的扫描模式，如接触模式、非接触模式或谐振模式。

4.3 进行扫描启动 AFM 仪器，开始对样品表面进行扫描。

扫描过程中，探针会受到样品表面的力的作用，通过探针的位移和力的变化，可以获取样品表面的拓扑信息。

4.4 测量杨氏模量在扫描过程中，可以选择一些感兴趣的区域进行杨氏模量的测量。

通过对探针施加不同的力，测量探针的位移和力的变化，可以得到杨氏模量的数值。

4.5 计算平均杨氏模量测量完多个点的杨氏模量后，将这些数值求平均，得到 AFM 平均杨氏模量。

advanced function materials缩写

advanced function materials缩写
AdvancedFunctionMaterials缩写为AFM，是近年来新兴的材料科学领域。

AFM的研究是基于传统材料科学的研究，但是其重点在于探究新型材料的功能性质和特殊性能，如光学、磁性、电学等。

AFM 的研究旨在开发新颖的材料，以满足现代科学和技术的需求。

AFM的研究领域非常广泛，包括电池、催化剂、光电器件、传感器、涂料和涂层等领域。

AFM的研究可以有效地改善材料的性能，提高材料的质量和效率，从而对环境、能源和可持续发展等方面产生积极的影响。

目前，AFM的研究已经成为了材料科学的热点领域之一。

许多研究机构和科学家已经开始投资和开展AFM的研究，以期能够开发出更先进、更高效、更环保的材料。

随着人们对材料功能需求的不断增加，AFM的研究也将变得越来越重要。

未来，AFM的研究将在诸多领域得到广泛应用，为人类的科技发展和生产生活带来更多的便利和贡献。

总之，AFM的研究是材料科学领域的一个重要方向，它对于开发高质量、高效率、环保的新型材料具有非常重要的作用。

未来，AFM 的研究将继续推进材料科学的发展，为人类的生产生活带来更大的贡献。

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