實驗七 原子力顯微鏡

1、實驗七：原子力顯微鏡多模式成像技術(shù)與應(yīng)用實驗七：原子力顯微鏡多模式成像技術(shù)與應(yīng)用姓名：孟超學(xué)號：38092105一、一、實驗?zāi)康模簩嶒災(zāi)康模篴)掌握原子力顯微鏡的工作原理及使用方法b)了解原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)；了解原子力顯微鏡的多模式成像技術(shù)c)利用原子力顯微鏡來測量行測樣品納米級的表面形貌二、二、實驗原理：實驗原理：原子力顯微鏡依靠微懸臂探針和樣品表面的作用力來成像，當(dāng)探針在樣品表面掃描至接近原子級間距時，探針尖端的原子與樣品表面的原子

2、之間就會產(chǎn)生極其微弱的相互作用力，而使微懸臂發(fā)生一定程度的彎曲。通過光電檢測系統(tǒng)對微懸臂的偏轉(zhuǎn)進行檢測，測得其對應(yīng)于掃描各點的位置變化，將信號進行放大等處理即得到原子之間力的微弱變化信號，進而獲得樣品的信息三、三、思考與討論：思考與討論：a)原子力顯微鏡的主要功能是什么？其分辨率有何特點？原子力顯微鏡是集精密光學(xué)技術(shù)、精密機械、電子技術(shù)、信號處理技術(shù)、圖像處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機技術(shù)于一身的系統(tǒng)，不僅能提供樣品形貌的三維實空間信息

3、，而且還能在介觀尺度上對表面進行可按的局域加工并對加工產(chǎn)生的納米結(jié)構(gòu)進行各種研究；其分辨率已達納米級別，目前國際上先進的AFM分辨率已經(jīng)達到0.03nmb)原子力顯微鏡適用分析哪些樣品？AFM測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。AFM應(yīng)用主要包括三個方面：生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀測；生物大分子的結(jié)構(gòu)及其他性質(zhì)的觀測研究；生物分子之間力譜曲線的觀測。c)原子力顯微鏡幾種成像模式的特點？接觸模式：優(yōu)點：掃描速度快，是唯一能夠獲得“

4、原子分辨率”圖像的AFM垂直方向上有明顯變化的質(zhì)硬樣品，有時更適于用ContactMode掃描成像。缺點：橫向力影響圖像質(zhì)量。在空氣中，因為樣品表面吸附液層的毛細(xì)作用，使針尖與樣品之間的粘著力很大。橫向力與粘著力的合力導(dǎo)致圖像空間分辨率降低，而且針尖刮擦樣品會損壞軟質(zhì)樣品（如生物樣品，聚合體等）。非接觸模式：優(yōu)點：沒有力作用于樣品表面。止，且令探針的豎起初始為零，則可根據(jù)針尖—樣品相合作用與間距的關(guān)系得到樣品表面的高度變化信息，即樣品表

5、面任意點(xy)相對于初始位點的高度。Δ?()對樣品表面進行定域掃描便可得到此區(qū)域的表面形貌A=A(xy)。Δ?()原子力顯微鏡的主要構(gòu)件和性能AFM主要由為反饋光路提供光源的激光系統(tǒng)(Laser)、進行力—距離反饋的微懸臂系統(tǒng)(Cantilever)、執(zhí)行光柵掃描和Z軸定位的壓電掃描器(xyzPiezoscanner)、接收光反饋信號的光電探測器(Detect)、反饋電子線路(CurrentCircle)、粗定位系統(tǒng)、防震防噪聲系統(tǒng)、

6、計算機控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理軟件、樣品探測環(huán)境控制系統(tǒng)（濕控、溫控、氣環(huán)境控制等）、監(jiān)控激光—懸臂—樣品相對位置的顯微及CCD攝像系統(tǒng)等構(gòu)成。其中，前四大系統(tǒng)是該食品的核心部件。原子力顯微鏡的成像模式及特點探針和樣品間的力—距離關(guān)系是本儀器測量的關(guān)鍵點。當(dāng)選擇不同的初始工作距離時，探針?biāo)幍某跏紶顟B(tài)也是不同的。由此可將原子力顯微鏡的操作模式分為三大類型：接觸模式(ContactMode)、非接觸模式(NoncontactMode)和輕敲模式