扫描探针显微镜.ppt

61Adsorption--AlO2onaluminumsurface62Adsorption--AgPdoxygenonasilver-palladium(AgPd)alloysurfaceSTM的局限性与发展1.在恒电流模式下，样品表面微粒之间的沟槽不能够准确探测。恒高模式下，需采用非常尖锐的探针。2.样品必须具有一定程度的导电性。STM基础上发展的各种新型显微镜原子力显微镜（AFM）、激光力显微镜（LFM）、摩擦力显微镜、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜、扫描热显微镜、弹道电子发射显微镜（BEEM）、扫描隧道电位仪（STP）、扫描离子电导显微镜（SICM）、扫描近场光学显微镜（SNOM）和扫描超声显微镜等。探索物质表面或界面的特性，如表面不同部位的磁场、静电场、热量损失、离子流量、表面摩擦力以及在扩大可测量样品的范围等方面提供了有力的工具。原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy,AFM)原子力显微镜AFM原子力显微镜(AtomicForceMicroscopy,AFM)1986年，诺贝尔奖金获得者宾尼等人发明。不仅可观察导体和半导体表面形貌，且可观察非导体表面形貌，弥补STM只能观察导体和半导体不足。许多实用的材料或感光的样品不导电，AFM出现引起科学界普遍重视。第一台AFM的横向分辨率仅为30?，而1987年斯坦福大学Quate等报道他们的AFM达到原子级分辨率。中国科学院化学所研制的隧道电流法检测、微悬臂运动AFM于1988年底首次达到原子级分辨率。原子力显微镜AFM跟所有的扫描探针显微镜一样，AFM使用一个极细的探针在样品表面进行扫描，探针是位于一悬臂的末端顶部，该悬臂可对针尖和样品间的作用力作出反应。AFM与STM最大差别在非利用电子隧道效应，而利用原子之间的范德华力作用来呈现样品表面特性。AFM的优点STM的探针是由针尖与样品之间的隧道电流的变化决定的，STM要求样品表面能够导电，只能直接观察导体和半导体的表面结构。对于非导电的物质则要求样品覆盖一层导电薄膜，但导电薄膜的粒度和均匀性难以保证，且掩盖了物质表面的细节。原子力显微镜利用原子之间的范德华力来呈现样品的表面特性。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖，其应用领域将更为广阔。1.原子级的高分辨率AFM的三大特点光学显微镜的放大倍数一般都超不过1000倍;电子显微镜的放大倍数极限为200万倍;而AFM的放大倍数能高达10亿倍,2.观察活的生命样品电子显微镜的样品必须进行固定、脱水、包埋、切片、染色等一系列处理，因此电子显微镜只能观察死的细胞或组织的微观结构;原子力显微镜的样本可以是生理状态的各种物质，在大气条件或溶液中都能进行，因而只需很少或不需对样品作前期处理，这样，就使AFM能观察任何活的生命样品及动态过程。3.加工样品的力行为测试样品的硬度和弹性等；AFM还能产生和测量电化学反应。AFM还具有对标本的分子或原子进行加工的力行为，例如：可搬移原子，切割染色体，在细胞膜上打孔等等。原子与原子之间的交互作用力因为彼此之间的距离

的不同而有所不同，其之间的能量表示也会不同。作用力与距离的关系为原子的直径为原子之间的距离兰纳-琼斯（Lennard–Jones）公式当r降低到某程度时能量为＋E，代表空间中两原子相当接近且能量为正，若假设r增加到某一程度时，其能量就会为－E同时说明空间中两个原子之距离相当远的且能量为负值。在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂来感测针尖与样品之间的交互作用，这作用力会使悬臂摆动，利用激光将光照射在悬臂的末端，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。接触模式(contactmode)非接触模式(non-contactmode)轻敲模式(tapping/intermittentcontactmode)forcecurve工作模式针尖始终向样品接触并简单地在表面上移动，针尖—样品间的相互作用力是互相接触原于的电子间存在的库仑排斥力，其大小通常为10－8—10－11N。forcecurve工作模式－接触模式d＜０.０３nm优点：可产生稳定、高分辨图像。缺点：可能使样品产生相当大的变形，对柔软的样品造成破坏，以及破坏探针，严重影响AFM成像质量。工作模式-接触模