原子力顯微鏡的工作三種模式

2.1接觸模式(ContactMode)

接觸模式包括恒力模式(constant-forcemode)和恒高模式(constant-heightmode)。在恒力模式中，通過反饋線圈調(diào)節(jié)微懸臂的偏轉(zhuǎn)程度不變，從而保證樣品與針尖之間的作用力恒定，當(dāng)沿x、y方向掃描時(shí)，記錄Z方向上掃描器的移動(dòng)情況來得到樣品的表面輪廓形貌圖像。這種模式由于可以通過改變樣品的上下高度來調(diào)節(jié)針尖與樣品表面之間的距離，這樣樣品的高度值較準(zhǔn)確，適用于物質(zhì)的表面分析。在恒高模式中，保持樣品與針尖的相對(duì)高度不變，直接測量出微懸臂的偏轉(zhuǎn)情況，即掃描器在Z方向上的移動(dòng)情況來獲得圖像。這種模式對(duì)樣品高度的變化較為敏感，可實(shí)現(xiàn)樣品的快速掃描，適用于分子、原子的圖像的觀察[3]。

2.2輕敲模式(TappingMode)

在輕敲模式中，通過調(diào)制壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器使帶針尖的微懸臂以某一高頻的共振頻率和0.01～1nm的振幅在Z方向上共振，而微懸臂的共振頻率可通過氟化橡膠減振器來改變。當(dāng)針尖沒有接觸到表面時(shí)，微懸臂以一定的大振幅振動(dòng)，當(dāng)針尖接近表面直至輕輕接觸表面時(shí)，其振幅將減小；而當(dāng)針尖反向遠(yuǎn)離表面時(shí)，振幅又恢復(fù)到原先的大小。同時(shí)反饋系統(tǒng)通過調(diào)整樣品與針尖間距來控制微懸臂振幅與相位，使得作用在樣品上的力保持恒定，記錄樣品的上下移動(dòng)情況即在Z方向上掃描器的移動(dòng)情況來獲得圖像[3]。

2.3非接觸模式(Non-contactMode)

非接觸模式是探針針尖始終不與樣品表面接觸，在樣品表面上方5～20nm距離內(nèi)掃描。針尖與樣品之間的距離是通過保持微懸臂共振頻率或振幅恒定來控制的。在這種模式中，樣品與針尖之間的相互作用力是吸引力——范德華力。非接觸模式AFM的工作原理就是，以略大于微懸臂自由共振頻率的頻率驅(qū)動(dòng)微懸臂，當(dāng)針尖接近樣品表面時(shí)，微懸臂的振幅顯著減小。振幅的變化量對(duì)應(yīng)于作用在微懸臂上的力梯度，因此對(duì)應(yīng)于針尖-樣品間距，反饋系統(tǒng)通過調(diào)整針尖-樣品間距使得微懸臂的振動(dòng)幅度在掃描過程中保持不變，就可以得到樣品的表面形貌像[3]。

3.原子力顯微鏡用途

NanoSurfAFM主要用于各種材料(包括導(dǎo)體和絕緣體)原子級(jí)分辨率的表面形貌觀察、分析，應(yīng)用于物理學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等微納米操作技術(shù)領(lǐng)域。