原子力显微镜（AFM）的几种成像模式研究求解

原子力显微镜的工作模式有哪些？~

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很直接的成像模式。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，从而增加尖端对表面的压力。敲击模式，敲击模式介于接触模式和非接触模式之间，是一个杂化的概念。悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。这就意味着针尖接触样品时所产生的侧向力被明显地减小了。因此当检测柔嫩的样品时，AFM的敲击模式是很好的选择之一。一旦AFM开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的很大距离等，用于物体表面分析。同时，AFM 还可以完成力的测量工作，测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。三种模式的比较，接触模式（Contact Mode）：优点：扫描速度快，是仅有能够获得“原子分辨率”图像的AFM垂直方向上有明显变化的质硬样品，有时更适于用Contact Mode扫描成像。缺点：横向力影响图像质量。在空气中，因为样品表面吸附液层的毛细作用，使针尖与样品之间的粘着力很大。横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖刮擦样品会损坏软质样品（如生物样品，聚合体等）。非接触模式：优点：没有力作用于样品表面。缺点：由于针尖与样品分离，横向分辨率低；为了避免接触吸附层而导致针尖胶粘，其扫描速度低于Tapping Mode和Contact Mode AFM。通常仅用于非常怕水的样品，吸附液层必须薄，如果太厚，针尖会陷入液层，引起反馈不稳，刮擦样品。由于上述缺点，on-contact Mode的使用受到限制。轻敲模式：优点：很好的消除了横向力的影响。降低了由吸附液层引起的力，图像分辨率高，适于观测软、易碎、或胶粘性样品，不会损伤其表面。缺点：比Contact Mode AFM 的扫描速度慢。其他模式，除了上面三种常见的三种工作模式外，原子力显微镜还可以进行下面的工作：1、横向力显微镜（LFM）。横向力显微镜（LFM）是在原子力显微镜（AFM）表面形貌成像基础上发展的新技术之一。工作原理与接触模式的原子力显微镜相似。当微悬臂在样品上方扫描时，由于针尖与样品表面的相互作用，导致悬臂摆动，其摆动的方向大致有两个：垂直与水平方向。一般来说，激光位置探测器所探测到的垂直方向的变化，反映的是样品表面的形态，而在水平方向上所探测到的信号的变化，由于物质表面材料特性的不同，其摩擦系数也不同，所以在扫描的过程中，导致微悬臂左右扭曲的程度也不同，检测器根据激光束在四个象限中，（A+C）-（B+D）这个强度差值来检测微悬臂的扭转弯曲程度。而微悬臂的扭转弯曲程度随表面摩擦特性变化而增减（增加摩擦力导致更大的扭转）。激光检测器的四个象限可以实时分别测量并记录形貌和横向力数据。2、曲线测量，SFM除了形貌测量之外，还能测量力对探针-样品间距离的关系曲线Zt（Zs）。它几乎包含了所有关于样品和针尖间相互作用的必要信息。当微悬臂固定端被垂直接近，然后离开样品表面时，微悬臂和样品间产生了相对移动。而在这个过程中微悬臂自由端的探针也在接近、甚至压入样品表面，然后脱离，此时原子力显微镜（AFM）测量并记录了探针所感受的力，从而得到力曲线。Zs是样品的移动，Zt是微悬臂的移动。这两个移动近似于垂直于样品表面。用悬臂弹性系数c乘以Zt，可以得到力F=cZt。如果忽略样品和针尖弹性变形，可以通过s=Zt-Zs给出针尖和样品间相互作用距离s。这样能从Zt（Zs）曲线决定出力-距离关系F（s）。这个技术可以用来测量探针尖和样品表面间的排斥力或长程吸引力，揭示定域的化学和机械性质，像粘附力和弹力，甚至吸附分子层的厚度。如果将探针用特定分子或基团修饰，利用力曲线分析技术就能够给出特异结合分子间的力或键的强度，其中也包括特定分子间的胶体力以及疏水力、长程引力等。3、纳米加工，扫描探针纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，其基本的原理是利用SPM的探针－样品纳米可控定位和运动及其相互作用对样品进行纳米加工操纵，常用的纳米加工技术包括：机械刻蚀、电致/场致刻蚀、浸润笔（Dip-Pen Nano-lithography，DNP）等。想了解更多相关信息，可以咨询八帆仪器设备（上海）有限公司，谢谢！

0 前言7-8 1 原子力显微镜的几种基本成像模式8-23 1.1 扫描探针显微镜(SPM)的发展8-9 1.2 扫描隧道显微镜(STM)9-11 1.3 光子扫描隧道显微镜(PSTM)11-13 1.3.1 光子隧道与PSTM的物理机制11-12 1.3.2 PSTM工作原理12 1.3.3 PSTM的特点12-13 1.3.4 PSTM的应用13 1.4 原子力显微镜(AFM)13-21 1.4.1 AFM的物理机理14 1.4.2 AFM的工作原理14-16 1.4.3 AFM的几种基本成像模式16-20 1.4.3.1 AFM接触式成像模式(Contact Mode)16-17 1.4.3.2 非接触式成像模式(Non-Contact Mode)17-19 1.4.3.3 轻敲成像模式(Tapping Mode)19-20 1.4.4 AFM的功能拓展20-21 参考文献21-23 2 原子力显微镜的相位成像模式研究23-35 2.1 原子力显微镜相位成像原理与相位图像的内涵23-24 2.2 针尖-样品相互作用动力学理论与相位差关系的讨论24-26 2.3 Tapping模式成像中相位和能耗之间的关系26-29 2.3.1 相位差和能耗关系的推导26-28 2.3.2 对结果的讨论28-29 2.3.3 此方法的意义29 2.4 由A-P-Z(振幅-相位-针尖至样品距离)曲线选择扫描振幅参数29-30 2.5 实验结果30-32 2.6 结论32-33 2.7 其他一些样品的相位图像33-34 参考文献34-35 3 原子力／光子扫描隧道组合显微镜(AF／PSTM)模式35-49 3.1 原子力／光子扫描隧道显微镜(AF／PSTM)的原理35-36 3.2 AF／PSTM系统结构和工作原理36-37 3.3 AF／PSTM实验数据和结果37-47 3.3.1 聚乳酸克聚糖37-39 3.3.2 大肠杆菌等离子体处理39-41 3.3.3 对虾性腺41-45 3.3.4 鲤鱼切片45-47 3.4 AF／PSTM产业化前景47-48 参考文献48-49 4 原子力显微镜的脉冲力成像模式介绍49-57 4.1 介绍49-50 4.2 仪器装置50-51 4.3 PFM中几个重要的数据点51-52 4.4 测量与讨论52-54 4.5 结论54-55 参考文献55-57 5 总结与展望57-58 附件: 原子力显微镜的CODY成像模式(Combined Dynamic Mode)介绍58-68 致谢68-71

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鲤城区17327134961： 求大神帮助,有用原子力测量粘附力的大神么 - ？
祝倩锌可： 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(Contact Mode):优点:扫描速...

鲤城区17327134961： AFM的介绍 - ？
祝倩锌可： AFM全称Atomic Force Microscope,即原子力显微镜,它是继扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器,可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测,或者直接进行纳米操纵;现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中,成为纳米科学研究的基本工具.

鲤城区17327134961： 原子力显微镜接触模式从概念上来理解是怎样的? ？
祝倩锌可： 原子力显微镜接触模式从概念上来理解,接触模式是AFM最直接的成像模式

鲤城区17327134961： 隧道扫描显微镜工作原理是什么? - ？
祝倩锌可： 扫描探针显微镜简介仪器简介扫描探针显微镜是指一类通过微小探针在样品表面扫描,将探针与样品表面间的相互作用转换为表面形貌和特性图像的显微镜.它提供了表面的三维高空间分辨的图像.扫描探针显微镜(SPM)主要包括扫描隧...

鲤城区17327134961： 扫描电镜与原子力显微镜 - ？
祝倩锌可： 当分辨率在纳米和原子范围时,扫描电镜(SEM)和原子力电镜(AFM)是我们今天可以获得的最有效的两种显微技术,各有优劣.它们最根本的区别在于它们操作的环境不同.SEM需要在真空环境中进行,而AFM是在空气中或液体环境中操作.因此如果是要测定液体中细微颗粒的形态,AFM更为适合一些.通常AFM扫描含水的试样是把它和扫描探针放在液体中进行的,因为AFM不是以导电性为基础,所以图像和扫描模件在液体中都不会受干扰.

鲤城区17327134961： 原子力显微镜的应用 - ？
祝倩锌可： 随着科学技术的发展,生命科学开始向定量科学方向发展.大部分实验的研究重点已经变成生物大分子,特别是核酸和蛋白质的结构及其相关功能的关系.因为AFM的工作范围很宽,可以在自然状态(空气或者液体)下对生物医学样品直接进行...

鲤城区17327134961： 有什么关于原子力显微镜的介绍 - ？
祝倩锌可： 美国Anasys Instrumets的原子力显微镜afm+不仅可以分析表面形貌,还可以提供热学性能: 即获得样品任何特征区域的转变温度或者转变温度的扫描成像图.机械性能:通过洛伦兹接触共振模式能够提供宽频纳米机械分析 化学性能:如果你选择纳米红外光谱模块,则可以纳米尺度下表征试样化学组成.如果你是做高分子材料微观结构表征,那就最适合了.

鲤城区17327134961： 原子力显微镜(AFM)的原理？
祝倩锌可： 原子力显微镜/AFM的基本原理是:将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小的针尖,针尖与样品表面轻轻接触,由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,通过在扫描时控制这种力的恒定,带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动.利用光学检测法或隧道电流检测法,可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化,从而可以获得样品表面形貌的信息.