山东原子力显微镜测试技术

二极管激光器（Laser Diode）发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂（Cantilever）背面，并从微悬臂背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器（Detector）。在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针的原子间的相互作用力，微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏，反射光束也将随之偏移，因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。

在系统检测成像全过程中，探针和被测样品间的距离始终保持在纳米（10e-9米）量级，距离太大不能获得样品表面的信息，距离太小会损伤探针和被测样品，反馈回路(Feedback）的作用就是在工作过程中，由探针得到探针-样品相互作用的强度，来改变加在样品扫描器垂直方向的电压，从而使样品伸缩，调节探针和被测样品间的距离，反过来控制探针-样品相互作用的强度，实现反馈控制。因此，反馈控制是本系统的主要工作机制。本系统采用数字反馈控制回路，用户在控制软件的参数工具栏通过以参考电流、积分增益和比例增益几个参数的设置来对该反馈回路的特性进行控制。 从而使样品伸缩，调节探针和被测样品间的距离，反过来控制探针-样品相互作用的强度，实现反馈控制。山东原子力显微镜测试技术

原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3种操作模式：接触模式（contact mode) ，非接触模式（ non - contact mode) 和敲击模式( tapping mode）。接触模式从概念上来理解，接触模式是AFM直接的成像模式。AFM 在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，而相互作用力是排斥力。扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10 - 10～10 - 6 N。若样品表面柔嫩而不能承受这样的力，便不宜选用接触模式对样品表面进行成像。非接触模式非接触模式探测试样表面时悬臂在距离试样表面上方5～10 nm 的距离处振荡。这时，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10 - 12 N ，样品不会被破坏，而且针尖也不会被污染，特别适合于研究柔嫩物体的表面。这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加对表面的压力。湖北原子力显微镜测试系统在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针的原子间的相互作用力；

原子力显微镜的工作模式是以针尖与样品之间的作用力的形式来分类的。主要有以下3种操作模式：接触模式（contactmode)，非接触模式（non-contactmode)和敲击模式(tappingmode）；接触模式从概念上来理解，接触模式是AFM直接的成像模式。AFM在整个扫描成像过程之中，探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，而相互作用力是排斥力。扫描时，悬臂施加在针尖上的力有可能破坏试样的表面结构，因此力的大小范围在10-10～10-6N。若样品表面柔嫩而不能承受这样的力，便不宜选用接触模式对样品表面进行成像。非接触模式非接触模式探测试样表面时悬臂在距离试样表面上方5～10nm的距离处振荡。这时，样品与针尖之间的相互作用由范德华力控制，通常为10-12N，样品不会被破坏，而且针尖也不会被污染，特别适合于研究柔嫩物体的表面。这种操作模式的不利之处在于要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加对表面的压力。

原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，简称AFM）利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针与受测样品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显微镜是由IBM公司苏黎世研究中心的格尔德·宾宁于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用类似扫描探针显微镜（SPM）的观测方法。原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）差别在于并非利用电子隧穿效应，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德瓦耳斯力或卡西米尔效应等来呈现样品的表面特性、；原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）差别在于并非利用电子隧穿效应；

    原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，简称AFM）是一种用于研究表面形貌和表面特性的高分辨率扫描探针显微镜。它利用微悬臂上的针尖与样品表面之间的相互作用力来获取表面形貌和表面特性信息。AFM可以测试各种材料表面的形貌、粗糙度、弹性、硬度、化学反应等特性，广泛应用于纳米科学研究领域。AFM测试的内容主要包括以下几个方面：1.表面形貌：AFM可以获取表面形貌的高分辨率图像，包括表面起伏、沟壑、颗粒大小等特征。这对于研究表面微观结构、表面处理效果以及材料性能等方面具有重要意义。2.表面粗糙度：AFM可以测量表面粗糙度，即表面微小起伏和波纹的幅度和频率。这对于研究表面加工质量、材料表面处理效果以及摩擦学等领域具有重要意义。3.弹性：AFM可以测量样品的弹性，包括弹性模量和泊松比等参数。这对于研究材料力学性能、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。4.硬度：AFM可以测量样品的硬度，即针尖在样品表面划过时所受到的阻力。这对于研究材料硬度分布、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。5.化学反应：AFM可以观察表面化学反应的动态过程，包括化学反应前后表面形貌的变化、化学反应产物的生成等。 因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。湖北原子力显微镜测试系统

由探针得到探针-样品相互作用的强度，来改变加在样品扫描器垂直方向的电压；山东原子力显微镜测试技术

在原子力显微镜（Atomic Force Microscope，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。力检测部分在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。位置检测部分原子力显微镜在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，当激光照射在微悬臂的末端时，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。山东原子力显微镜测试技术