原子力显微镜原理及在材料科学中的应用31PPT课件

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原子力显微镜原理及操作流程讲义(PPT 42页)

4.1 激光系统
激光器是光反馈通路的信号源。由于悬臂尖端的空间有限性，就对照射器上的光束宽度提出了一定要求：足够细、单色性好、发散程度弱；同时也要求光源的稳定性高，可持续运行时间久，工作寿命长。而激光正是能够很好地满足上述条件的光源。
4.2 微悬臂系统
微悬臂是探测样品的直接工具，它的属性直接关系到仪器的精度和使用范围。微悬臂必须有足够高的力反应能力，这就要求悬臂必须容易弯曲，也易于复位，具有合适的弹性系数，使得零点几个纳(nN)甚至更小的力的变化都可以被探测到；同时也要求悬臂有足够高的时间分辨能力，因而要求悬臂的共振频率应该足够高，可以追随表面高低起伏的变化。
5.4三种模式的比较
1、接触模式（Contact Mode）：优点：扫描速度快，是唯一能够获得“原子分
辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品，有时更适于用Contact Mode扫描成像。
缺点：横向力影响图像质量在空气中，因为样品表面吸附液层的毛细作用使针尖与样品之间的粘着力很大，横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖挂擦样品会损坏软质样品（如生物样品，聚合体等）。
2.AFM简介
原子力显微镜（Atomic Force Microscope ， AFM），是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。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。将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定，另一端的微小针尖接近样品，这时它将与其相互作用，作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时，利用传感器检测这些变化，就可获得作用力分布信息，从而以纳米级分辨率获得表面结构信息。

原子力显微镜(AFM)原理及应用讲解

•
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。
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）。
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。
•
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。

原子力显微镜技术的原理和应用

原子力显微镜技术的原理和应用原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种利用压电陶瓷探针与样品之间的相互作用进行高分辨率成像的技术。

相比于传统的光学显微镜，原子力显微镜可以在纳米级别对样品表面形貌、力学性能、电学性质等进行非接触、高分辨率的观测和测量。

原理原子力显微镜的探针是由纳米尺寸的硅或氮化硅材料制成的，具有极高的机械强度和较小的弹性变形。

在扫描过程中，探针会通过扫描头的控制，使探针与样品表面接触，并在靠近距离内感受到样品表面的反弹力。

探针与样品表面之间的相互作用主要有万有引力、范德华力、静电力和化学键作用力等。

在不同的距离范围内，这些相互作用力数量级的变化可能非常大。

通过控制扫描头与样品之间的距离并检测探针反弹的强度，就可以获得样品表面的高分辨率图像。

应用原子力显微镜技术广泛应用于纳米材料和生物学领域中。

以下是原子力显微镜在不同应用领域中的应用情况：材料科学原子力显微镜技术对于纳米级别的材料表面形貌、结构、力学性能和电学性质的研究非常有用。

许多纳米材料例如碳纳米管、石墨烯和纳米线等，都具有特殊的表面结构和力学性能，这些特性是通过原子力显微镜技术进行高分辨率观测和测量得到的。

生命科学原子力显微镜技术可以用于生命科学中对细胞和蛋白质结构的研究。

通过原子力显微镜技术，科学家们可以研究单个分子的形态和机制，并观察生物分子的反应、扩散和结构变化等。

这项技术已经被用于细胞壁的形态学研究、蛋白质折叠过程的研究以及DNA结构的研究等。

纳米电子学原子力显微镜技术还可以用于纳米电子学中，特别是在研究半导体器件和纳米电子学元器件时。

举例来说，它被用于研究纳米晶体管的性能和导电性质，并且成功地对其器件的构造进行了重建和监测。

环境科学原子力显微镜技术可以用于对环境污染物的检测和监测。

例如，它可以用于研究气凝胶的形貌、结构和性质，与污染控制相关的表面湿润性研究等。

总体来说，原子力显微镜是一种高分辨率成像和测量技术，其应用带来了许多已知和未知领域的新见解和突破。

原子力显微镜简介PPT课件

引起该相移的因素很多，如样品的组分、硬度、粘弹性质等。因此可在纳米尺度上获得样品表面局域性质的丰富信息。
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AFM的工作环境
原子力显微镜受工作环境限制较少，它可以在超高真空、气相、液相和电化学的环境下操作。 (1)真空环境：真空环境可以避免大气中杂质和水膜的干扰，但其操作较复杂。最早的扫描隧道显微镜(STM)研究是在超高真空下进行操作的。后来，随着AFM的出现，人们开始使用真空 AFM研究固体表面。 (2)气相环境：气相环境中，AFM多受样品表面水膜干扰，但其操作比较容易，它是广泛采用的一种工作环境。它可以在空气中研究任何固体表面，不受样品导电性的限制。 (3)液相环境：液相环境中，AFM消除了针尖和样品之间的毛细现象，因此减少了针尖对样品的总作用力。液相AFM可以在液相中研究样品的形貌，其应用十分广阔，可用于生物体系、腐蚀或液固界面的研究。 (4)电化学环境：如超高真空系统一样，电化学系统为AFM提供了另一种控制环境。电化学AFM是在原有AFM基础上添加了电解池、双恒电位仪和相应的应用软件。电化学AFM可以现场研究电极的性质．包括化学和电化学过程诱导的吸附、腐蚀以及有机和生物分子在电极表面的沉积和形态变化等。
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云母的原子像（接触模式）
DVD光盘表面（接触模式）
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蝴蝶翅膀的AFM成像
云母片上的抗体分子的 AFM成像
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生物样品
λ-DNA
霍乱菌
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纳米加工：
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。
用AFM针尖移动Si原子形成的IBM文字
STM针尖移动原子形成的图形文字

原子力显微镜技术在材料科学中的应用

原子力显微镜技术在材料科学中的应用原子力显微镜技术是一种现代科学技术，它主要应用于材料科学中。

通过使用原子力显微镜技术，研究人员可以观察材料中的原子和分子结构，从而更好地理解材料的性质和特征。

在本文中，我们将探讨原子力显微镜技术在材料科学中的应用，并了解它是如何帮助我们更好地理解材料的性质和特征的。

制备性能材料的研究是材料科学发展的核心，原子力显微镜技术在这方面做出了很大贡献。

这项技术利用原子核间的库仑力作用，测量极微观表面形貌或物质间的相互作用，从而揭示微观世界中的奥秘。

研究人员使用这种技术来研究材料的形态结构和材料的表观形貌，使用扫描原子力显微镜（SFM）技术扫描样品表面，从而获取高分辨率的图像和三维结构。

原子力显微镜技术的应用非常广泛，可以用于研究任何形式的材料，包括：金属，聚合物，光电材料，纳米材料和生物材料等。

它可以帮助研究人员更好地理解材料的化学成分、晶体结构、晶体缺陷、界面结构、杂质和缺陷等诸多因素。

以金属材料为例，原子力显微镜技术可以用于观察金属晶体的表面形态结构、晶粒尺寸和晶格畸变，进而推断金属材料的力学性能以及在应变下的变形机理；对聚合物材料，原子力显微镜技术还可用于观察材料的表面形貌和纳米结构，此外还可以研究材料中的晶态和非晶态结构、材料内部的相分离情况以及材料的高级形貌等。

另外，原子力显微镜技术还可以用于研究半导体材料，这种材料广泛应用于集成电路、太阳能电池等领域。

半导体材料通常是通过不同的化学和物理技术制备而成的。

利用原子力显微镜技术，研究人员可以纵向观察材料表面的微观结构和组成，从而更好地理解半导体材料的电学、光学和磁学特性。

此外，它还可以帮助科学家们制造更精细的微观结构元件，例如晶体管、电容器等。

在纳米材料研究的领域中，原子力显微镜技术更为广泛地应用。

纳米材料的尺寸通常在10 nm以下，在这个尺寸范围内形成了很多新的性质和特性，例如高的比表面积，高的反应活性以及更好的力场效应。

《原子力显微镜系统》课件

拓展探测功能
开发多模式原子力显微镜，具备多种探测功能，如振动模式、电流模式等，以便更全面地了解样品性质。
应用领域的拓展
生物医学领域
利用原子力显微镜观察生物大分子结构和细胞表面的形貌，为疾病诊断和治疗提供有力支持。
能源领域
研究电池材料、太阳能电池等能源器件的表面结构和性能，提升能源利用效率。
环境领域
常见故障排除
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图像问题
检查光源、镜头、样品等是否正常，确保图像质量。
仪器失灵
检查仪器线路连接、电源等是否正常，确保仪器正常运行。
数据异常
检查数据采集、处理等环节是否正常，确保数据准确性。
定期保养与校准
保养
按照厂家推荐的保养周期，对仪器进行全面保养。
校准
定期对仪器进行校准，确保测量结果的准确性。
扫描装置通常由微机械加工技术制造，具有极高的定位精度和稳定性。
扫描范围可以从几微米到几毫米，具体取决于不同的应用需求。
反馈系统
反馈系统负责实时监测针尖与样品之间的相互作用力，并根据反馈信号调整悬臂的位置，
以保持力恒定。
反馈系统通常由一个差分电容传感器和一个PID控制器组成。
差分电容传感器能够检测悬臂的微小位移，并将其转换为电信号。
《原子力显微镜系统》PPT课件
目录
CONTENTS
• 原子力显微镜系统概述 • 原子力显微镜系统组成 • 原子力显微镜系统操作流程 • 原子力显微镜系统的维护与保养 • 原子力显微镜系统的未来发展与展望
01 原子力显微镜系统概述
原子力显微镜的定义
01
原子力显微镜是一种利用原子间微弱作用力来观察物质表面结构的仪器。

原子力显微镜的基本原理与应用

原子力显微镜的基本原理与应用作为材料科学中的一项重要工具，原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)可以实现对于物质的高分辨率的三维成像，提供了对于物质的局部微观颗粒状态的详细了解。

它不需要特殊的标记和处理，适用于各种不同形态的应用场景，是当前最为先进的光学性质测试手段之一。

本文将对原子力显微镜的基本原理以及应用做一个简要介绍。

一、基本原理原子力显微镜是一种通过探针测量表面形貌的技术，它能够探测物体表面的特征，包括高度，层析等信息。

与传统的光学显微镜不同，原子力显微镜常常使用细小的探针在样品表面扫描，通过对于样品的局部电化学反应进行分析，进而得到关于样品表面形态信息的表征。

具体来说，原子力显微镜是通过力的探测方式来进行成像的。

探针的测量精度非常高，可以达到亚埃级别的精度，即微米尺度之内的物体都能被精确地探测到。

同时，它还能够提供物体的力学特性等信息，包括物体的弹性、刚性等信息。

二、应用场景1.材料表面成像原子力显微镜在材料科学领域中的一个重要应用是材料表面成像。

通过使用原子力显微镜，我们可以了解到各种材料表面的各种细节信息，包括高度、层析等信息，从而更加深入地了解材料的物理、化学等性质。

2.生物医学应用在生物医学科学领域中，原子力显微镜可以用于单个细胞或微生物的成像和表征。

在这方面的应用中主要是通过原子力显微镜检测这些细胞或微生物表面的变化，比较常见的例子包括癌症细胞成像等。

3.纳米材料研究原子力显微镜在纳米材料研究领域中也有着广泛的应用。

通过它，我们可以了解到纳米材料的表面结构、晶胞等信息，并且可以通过对于这些信息的分析，以提高纳米材料性质的研究水平。

4.电子学研究原子力显微镜可以通过扫描紧密相互作用材料的表面，以了解材料的电学性质等信息。

这种技术在芯片及半导体研究、催化剂研究等领域中有着广泛的应用。

三、总结原子力显微镜是目前最为先进的光学性质测试手段之一，它能够提供关于物质的高分辨率的三维成像等信息。

第五章原子力显微镜ppt课件

包括：光反射法、光干涉法、隧道电流法、电容检测法等。目前AFM系统中常用的是激光反射检测系统，它具有简便灵敏的特点。激光反射检测系统由探针、激光发生器和光检测器组成.
2 探针 ❖ 探针是AFM检测系统的关键部分．它由悬臂和
悬臂末端的针尖组成．随着精细加工技术的发展，人们已经能制造出各种形状和特殊要求的探针。悬臂是由Si或Si3N4经光刻技术加工而成的．悬臂的背面镀有一层金属以达到镜面反射。在接触式 AFM中V形悬臂是常见的一种类型(如图3.2所示)．
病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
❖ 它的优点是具有低的垂直反射机械力阻和高的侧向扭曲机械力阻．悬臂的弹性系数一般低于固体原于的弹性系数，悬臂的弹性常数与形状、大小和材料有关．厚而短的悬臂具有硬度大和振动频率高的特点．
四、原子力显微镜工作环境病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程
原子力显微镜受工作环境限制较少，它可以在超高真空、气相、液相和电化学的环境下操作。 (1)真空环境：最早的扫描隧道显微镜(STM)研究是在超高真空下进行操作的。后来，随着AFM的出现，人们开始使用真空AFM研究固体表面．真空AFM避免了大气中杂质和水膜的干扰，但其操作较复杂。 (2)气相环境：在气相环境中，AFM操作比较容易，它是广泛采用的一种工作环境．因AFM操作不受样品导电性的限制，它可以在空气中研究任何固体表面，气相环境中AFM多受样品表面水膜干扰。 (3)液相环境：在液相环境中．AFM是把探针和样品放在液池中工作，它可以在液相中研究样品的形貌．液相中AFM消除了针尖和样品之间的毛细现象，因此减少了针尖对样品的总作用力．液相AFM的应用十分广阔，它包括生物体系、腐蚀或任一液固界面的研究． (4)电化学环境：正如超高真空系统一样，电化学系统为AFM提供了另一种控制环境．电化学AFM是在原有AFM基础上添加了电解池、双恒电位仪和相应的应用软件．电化学AFM可以现场研究电极的性质．包括化学和电化学过程诱导的吸附、腐蚀以及有机和生物分子在电极表面的沉积和形态变化等。

原子力显微镜(AFM)原理及应用讲解

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位样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂摆动，所以当激光照射在悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作信号处理。
•
反馈系统：
在AFM的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持合适的作用力。
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AFM测试及结果分析
GO的AFM图样
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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。
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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。
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）。
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。
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原子力显微镜 ppt课件

对于AFM系统，同等清晰度下，扫描所得图像的分辨率越低，扫描的速度越快。对于某些应用，可以在大的视场中使用较低分辨率的快速扫描，观察样品表面的变化，然后对于感兴趣的部分进行高分辨率的慢速扫描。
慢速高分辨率扫描成像示出更多的细节
随着扫描速度的提升，图像的拉伸变形越来越严重
随着扫描速度的提升，图像的拉伸变形越来越严重，实际上当速度达到1．00s每幅时，扫描范围已经比1．59m要小。结果显示在2．00s 每幅时仍能保持较好的在大的视场中使用较低分辨率的快速扫描，观察样品表面的变化，然后对于感兴趣的部分进行高分辨率的慢速扫描的新方法，其应用将会越来越广泛。
1在材料科学方面，可以使用原子力显微镜对材料表面进行扫描，观察样品表面粗糙情况或波纹情况，为样品表面膜性能提供信息，且探针不会对样品表面造成损伤。
2在生物科学方面，原子力显微镜检测生物样品具有制备样品简单，样品无需特殊处理，能在多种环境中操作。因此，可以使用原子力显微镜对生物分子扫描成像，观察细胞的动态信息，还可以对生物分子进行纳米操作。
3原子力显微镜在膜科学中的应用
AFM出现前，电子显微镜是微电子学的标准研究工具，它的分辨率可以达到几个纳米量级。但是要求在样品表面涂覆金属并在真空中成象，三维分辩能力差，而且发射的高能电子可会损坏样品而造成偏差。尤其是对活性样品电子显微镜完全不能胜任。而AFM分辨率可以达到原子量级，且对操作环境和样品制备没有特殊的要求，其在膜技术中的应用自然就更为普遍和广泛。
自STM问世以来，人们一直期望着能够准确地表达出绝缘物质表面的真实形貌，而AFM就是专为满足这些需求而出现的。AFM的实用化标志着物质表面检测手段的重大革新，是微纳米检测发展史上又一里程碑。

现代材料分析方法原子力显微镜

现代材料分析方法原子力显微镜引言：原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种重要的现代材料分析方法。

它是扫描探针显微技术的延伸，能够在纳米尺度上实现高分辨率的表面形态观察与力学性质测量。

本文将对原子力显微镜的原理、工作方式以及在材料分析中的应用进行详细介绍。

一、原子力显微镜的原理原子力显微镜是通过采用一根非常细微的探针来扫描样品表面，然后利用由探针与样品表面之间的相互作用引起的微小位移或力的变化，来获取表面形貌的一种显微仪器。

原子力显微镜的操作原理可以概括为以下几个步骤：1.将探针靠近样品表面，形成近邻距离；2.探针与样品表面之间的相互作用（通常为范德华力和弹性力）引起探针的振幅或共振频率的改变；3.根据这些变化，通过对探针进行调节使得探针与样品之间的相互作用恒定；4.再根据探针的运动调整探针离开样品的高度，保持探针与样品之间的恒定力。

二、原子力显微镜的工作方式原子力显微镜可以通过不同的工作方式来获得不同的信息。

1.接触模式：探针与样品之间保持接触，并测量在探针与样品之间的范德华力改变时探针的位移而获得表面形貌。

探针与样品的接触会引起样品表面的损伤，不适合对脆性材料的表面进行观察。

2.非接触模式：探针与样品之间存在离散的范德华力。

探针通过振动，在探针和样品之间测量相互作用的变化。

非接触模式适用于对脆性材料和生物样品的观察。

3.谐振模式：探针在谐振频率附近振动，在探针和样品之间测量相互作用的变化。

谐振模式可以获得高分辨率的表面形貌和弹性性质。

三、原子力显微镜在材料分析中的应用原子力显微镜在材料科学领域有广泛的应用，可以用于表面形貌观察、力学性质测量、电学性质研究等方面。

1.表面形貌观察：原子力显微镜具有高分辨率，可以实现对表面纳米结构的直接观察。

通过扫描样品表面，可以获取材料表面的形貌、粗糙度和形貌特征等信息。

2.力学性质测量：原子力显微镜可以通过测量探针和样品之间的相互作用力来获得样品的力学性质。

原子力显微镜的原理及使用

原子力显微镜的原理及使用原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）是一种基于原子力相互作用原理的高分辨率显微镜。

它通过在扫描探针与样品表面之间施加微小力量，测量和绘制出样品表面的形貌和力学性质。

与其他显微镜相比，原子力显微镜具有极高的分辨率和灵敏度，能以原子甚至分子级别观察样品。

原理：原子力显微镜的工作原理基于原子尖端与样品表面之间的相互作用。

在扫描探针尖端和样品表面之间，施加微小的力量（约为纳牛顿级别），探针的弹性偏转将力的大小和方向传递给探测器，从而得到力的信息。

通过扫描样品表面并记录每个位置的力信息，可以绘制出样品的形貌图像。

在原子力显微镜中，主要有三种模式的操作：接触模式、非接触模式和侧向力模式。

在接触模式中，探针尖端直接接触样品表面，通过在探针和样品之间施加恒定的力，测量表面的形貌。

在非接触模式中，探针尖端悬浮在样品表面之上，仅通过测量探针与样品之间的相互作用力，获取样品表面的形貌信息。

在侧向力模式中，除了测量垂直于样品表面的力，还测量样品表面上的侧向力，可以获得样品的力学性质和摩擦特性。

使用：1.表面形貌研究：原子力显微镜可以以原子级别的分辨率观察样品表面的形貌，用于研究材料的微观结构、晶体生长和表面粗糙度等。

例如，用于研究纳米颗粒、纳米线和表面薄膜等材料。

2.生物学研究：原子力显微镜对于生物学研究非常重要，可以实时观察和测量生物大分子（如蛋白质、DNA）的结构和相互作用力。

通过测量生物分子的力学性质，可以了解细胞力学特性、膜蛋白的功能和抗体与抗原的相互作用等。

3.材料力学性质研究：原子力显微镜可以测量样品表面的力学性质，如硬度、弹性模量和摩擦力等。

这些信息对于材料科学和工程应用具有重要意义，可以帮助研究人员设计和改进材料的性能。

4.磁性材料研究：原子力显微镜还可以用于研究磁性材料的表面形貌和磁性特性。

通过在磁场中操作探针，可以测量和操控样品表面的磁场分布，用于磁性材料的研究和应用。

原子力显微镜的原理及应用ppt课件

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间歇接触式原子力显微镜
• 微悬臂在其共振频率附近做受迫振动，振荡的针尖轻轻的敲击表面，间断地和样品接触。当针尖与样品不接触时，微悬臂以最大振幅自由振荡。当针尖与样品表面接触时，尽管压电陶瓷片以同样的能量激发微悬臂振荡，但是空间阻碍作用使得微悬臂的振幅减小。反馈系统控制微悬臂的振幅恒定，针尖就跟随表面的起伏上下移动获得形貌信息。
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• 反馈系统：
• 在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持合适的作用力。
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• 原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的交互作用，测得作用力。这作用力会使cantilever摆动，再利用激光将光照射在cantilever的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性以影像的方式给呈现出来。
• 1）隧道电流检测法 • 2）电容检测法 • 3）光学检测法 • 4）压敏电阻检测法
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• 5）光束偏转法。此方法由Meyer和Amer于 1988年发明，简便实用，广泛应用于目前的商品化仪器。
• 须指出，由于针尖—样品之间的作用力是微悬臂的力常数和形变量之积，所以无论哪种检测方法，都应不影响微悬臂的力常数，而且对形变量的检测须达到一纳米以下。
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恒定力量或者恒定高度
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探针如何成像