原子力显微镜AFM仪器及操作.PPTVIP

原子力显微镜的构造及样品表面形貌分析 一、实验目的 1. 了解原子力显微镜的工作原理及工作特点； 2. 了解原子力显微镜在材料科学中的应用； 2.1 原子力显微镜特点 2. 成像原理 将一个对微弱力及其敏感的长为100-200微米 的Si或Si3N4材料的微悬臂一端固定，另一端 有一个针尖，针尖与样品表面轻轻接触，针 尖尖端原子与样品表面原子间的及其微弱的 作用力，使微悬臂发生弯曲，通过检测微悬 臂背面反射出的红色激光光点在一个光学检 测器上的位置的变化可以转换成力的变化 （被反射激光点位置变化或是微悬臂梁弯 曲的变化与力的变化成正比），通过控制 针尖在扫描过程中作用力的恒定同时测量 针尖纵向的位移量，从而最终还原出样品 表面的形貌像。 2.2 原子力显微镜工作原理 表面形貌和材料如何测量 返回 X Y Z Mover 垂直信號的變化 即樣本的表面變化 Cantilever 擺動的方向 X Y Z Mover Cantilever 擺動的方向 水平信號的變化 即樣本的材質變化 原子力显微镜工作方式 Expulsive force atom atom Attractive force atom atom 2.3 原子力显微镜（AFM）应用 AFM可以在大气、真空、低温和高温、不同气氛以及溶液等各种环境下工作，且不受样品导电性质的限制，因此已获得比STM更为广泛的应用。主要用途： 1. 导体、半导体和绝缘体表面的高分辨成像 2. 生物样品、有机膜的高分辨成像 3. 表面化学反应研究 4. 纳米加工与操纵 5. 超高密度信息存储 6. 分子间力和表面力研究 7 摩擦学及各种力学研究 8 在线检测和质量控制 返回 IBM科学家首次拍下单分子照片 二氧化锡薄膜 分选和搬运 火星土壤 遭疟疾感染的人体红血球和蓝藻 返回 不同氧分压ZnO薄膜形貌 共析钢不同腐蚀时间表面形貌 AFM的缺点 受样品因素限制较大（不可避免） 针尖易磨钝或受污染（磨损无法修复；污染清洗困难） 针尖—样品间作用力较小 近场测量干扰问题 扫描速率低 针尖的放大效应 3. 实验步骤 3.1 样品制备 3.2 安装探针，扫描器 3.3 安装样品并调试激光位置，参数设置 3.4 图像扫描 4.实验报告要求 4.1 实验目的 4.2 原子力显微镜工作原理，特点，原子力显微镜应用； 4.3 实验内容 磁控溅射ZnO,镀锌薄膜表面形貌观察；