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动态原位原子力显微镜主要由几个部分组成?

更新时间:2024-07-03      点击次数:114
  动态原位原子力显微镜基本原理:
 
  原子力显微镜通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件(通常是微悬臂及其针尖)之间的极微弱的原子间相互作用力来工作。这种力可以是范德华力、排斥力或吸引力。在扫描过程中,微悬臂一端的针尖接近样品表面,由于针尖与样品表面原子间的相互作用,微悬臂会发生形变或运动状态的变化。这些变化通过传感器检测并转化为电信号,进而获得样品表面的形貌和粗糙度信息。
 
  动态原位原子力显微镜主要由以下几个部分组成:
 
  探针针尖:用于与样品表面相互作用的微小针尖,通常由高硬度的材料制成,如金刚石或硅。
 
  微悬臂:对微弱力敏感的弹性元件,一端固定,另一端连接针尖。微悬臂的形变反映了针尖与样品间的相互作用力。
 
  激光检测系统:利用激光束照射微悬臂背面,并反射到光电检测器上。微悬臂的形变会导致反射光束的偏移,从而被光电检测器捕获并转化为电信号。
 
  反馈系统:通过反馈回路控制针尖与样品间的距离,保持作用力恒定。这有助于获得稳定的扫描图像。
 
  扫描系统:包括压电陶瓷扫描器件,用于精确控制样品在x、y、z方向上的移动。
 
  计算机控制系统:用于图像采集、显示及处理。
 
  动态原位原子力显微镜主要有三种基本成像模式:
 
  接触式(Contact Mode):悬臂在扫描过程中始终保持与样品接触,通过强烈的排斥力使悬臂弯曲,从而得到样品表面形貌。
 
  非接触式(Non-Contact Mode):针尖在样品表面上方振动,通过检测针尖与样品间的长程吸引力来成像。这种模式对样品表面无损伤,但分辨率较低。
 
  轻敲式(Tapping Mode):针尖在样品表面上方以一定频率振动,间歇性地与样品接触。这种模式结合了接触式和非接触式的优点,既保持了高分辨率又减少了对样品的损伤。
 
  动态原位原子力显微镜在多个领域有着广泛的应用,包括但不限于:
 
  物理学:用于研究金属和半导体的表面形貌、表面重构、表面电子态及其动态过程等。
 
  生物学:应用于生物大分子(如蛋白质、RNA、DNA)的结构和性质研究,以及细胞、病毒等生物样本的观察。
 
  材料科学:研究纳米材料的表面性质、力学性能等。
 
  电化学:在电化学环境中研究样品的表面变化。

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