原子力显微镜(AFM)

作者&投稿:康魏 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
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原子力显微镜:科技的飞跃与非导电表面的观察利器


1981年,扫描隧道显微镜(STM)的诞生,如同科技的一道曙光,因其超凡的洞察力,被赞誉为20世纪80年代十大科技成就之一。Gerd Binning和Heinrich Rohrer的创新成就,让他们在1986年摘得诺贝尔物理学奖的桂冠。然而,STM的导电性要求限制了其观测范围,对于绝缘体,它似乎无能为力。这时,原子力显微镜(AFM)应运而生,弥补了这一空白,将观测触角延伸到了非导电世界


1986年,IBM与斯坦福大学的三位科学家联手,他们的合作成果——AFM,更是标志着显微观测技术的里程碑。AFM作为STM的进化版,是人类视觉感知能力的延伸,尤其在观察绝缘体表面的微观世界时,它展现出了无可替代的重要性。


原理与技术细节


AFM的核心在于一个神奇的装置:纳米级针尖装在弹性微悬臂的一端,如同触探未知的探索者。当针尖轻轻扫过样品表面,微悬臂的形变,如同微小的地震,直接反映着针尖与样品间的相互作用。通过精确测量微悬臂的形变量ΔZ,科学家们能解析出样品与针尖之间力量的微妙变化,这就是AFM的神奇之处。


AFM的创新点在于激光技术的应用,通过检测悬臂尖端反射的激光束微小移动,即使微小如0.01nm的形变也能转化为可见的10nm激光点位移,这种光杠杆效应使得AFM的分辨率达到了原子级。通过复杂的信号处理,每一微小的形变都能转化为样品表面高度变化的信息。


结构与操作模式


AFM的精密构造包括激光源、微悬臂系统、压电扫描器、光电探测器和反馈电子线路等组件,它们协同工作,构成了一台精密的显微观测工具。AFM有三种操作模式:


1. 接触模式

在接触模式中,针尖紧贴表面,微悬臂的形变直接反映力的大小,实现了原子级分辨率图像的获得,是AFM起始阶段的标志性成就。


2. 非接触模式

非接触模式下,针尖与样品保持纳米级间距,主要通过Van der Waals力进行探测。这种模式对样品表面的保护尤为显著,通过监测振动频率和振幅的变化,AFM揭示了试样表面的微小起伏。


3. 轻敲模式

轻敲模式利用高频共振,AFM以微悬臂探针为振动器,反馈系统确保探针响应在设定范围内,这种模式对样品的损伤程度远低于接触模式。


原子力显微镜,一项革命性的发明,不仅拓展了人类观察微观世界的能力,也为我们理解物质性质提供了全新的视角。它在科学探索的道路上,无疑是一把锐利的探针,揭示了微观世界隐藏的秘密。




原子力显微镜(AFM)的原理
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...

原子力显微镜
原子力显微镜(Atomic Force Microscope,简称AFM)主要依赖于一种精密机制来工作,那就是探测样品表面与微型力敏感元件之间极其微弱的原子间相互作用力。AFM的核心是一个对微弱力异常敏感的弹性微悬臂,其一端牢固地固定,另一端则装配了一个微小的针尖。当这个针尖轻轻触及样品表面时,两者之间的原子间...

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...

原子力显微镜和扫描隧道显微镜有什么区别?
Afm扫描可以提供各类样品的表面状态信息。与传统显微镜相比,原子力显微镜观察样品的表面的优势高倍镜下在大气条件下,并且可以用于几乎所有样品(与某些表面光洁度要求)并可以获得样品表面的三维形貌图像没有任何其他的样品制备。扫描后的三维形貌图像可进行粗糙度计算、厚度、步长、方框图或粒度分析。

原子力显微镜的原理及其应用
可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。如果想要挑选原子力显微镜,可以考虑Park原子力显微镜的Park X20。原子力显微镜是显微镜中的一种类型,应用范围十分广泛。原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。原子力显微镜(AFM)能够在大气及液体环境下准确地观测...

afm原子力显微镜厂家
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原子力显微镜探针的显微镜由来
机械部分的运动(探针上、下以及横向扫描运动)是有精密的压电陶瓷控制。激光反射探测采用PSD。反馈和成像系统控制探针和样品表面间距以及最后处理实验测试结果。原子力显微镜AFM操作模式随着AFM技术的发展,各种新应用不断涌现。具体包括如下技术:(1) 接触模式 (contact mode) 最早的模式,探针和样品直接接触...

原子力显微镜能看到分子吗
原子力显微镜(atomic force microscope,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。一般分子比原子大(至少不比原子小),所以能看到分子

哪里原子力显微镜(AFM)测得好,还能帮着数据处理?
韩国Park原子力显微镜测得精确,值得信赖。Park独有的技术是将XY和Z扫描器分离,实现探针与样品间的真正非接触,避免形貌扫描过程中因探针磨损带来的图像失真,快速成像还可以大大提高测试效率,降低实验测试成本。其中,Park NX10为客户带来最高纳米级分辨率的数据,值得信赖、使用和拥有。无论是从样品设定...

AFM (Atomic Force Microscope) 即原子力显微镜, 这个发明对于生物医 ...
英文文献有很多。中文文献方面,张德添等人在《现代仪器》杂志2004年第四期上写过一篇“原子力显微镜在生物医学中的应用”的文章,写的挺好的。你可以找来看一下。以下是该文中的部分内容:“AFM自诞生之日起,在生物医学研究中就得到迅速发展,应用范围逐步拓展,在形态与功能相结合的研究中,极大的推动了...

临朐县17276395778: AFM的介绍 -
徵物欣欣: 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.

临朐县17276395778: 原子力显微镜(AFM)的原理 -
徵物欣欣:[答案] 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...

临朐县17276395778: AFM是什么意思? -
徵物欣欣: 原子力显微镜( AFM )的原理是利用针尖与样品表面原子间的微弱作用力来作为反馈信号,维持针尖——样品间作用力恒定,同时针尖在样品表面扫描,从而得知样品表面的高低起伏.

临朐县17276395778: 什么是AFM -
徵物欣欣: 明.AFM 是一种类似於STM 的显微技术,它的许多元件和STM是共同的,如用於三 维扫描的电压陶瓷系统以及反馈控制器等.它和STM 最大的不同是用一个对微弱作用 力极其敏感的微悬臂针尖代替了STM 的隧道针尖,并以探测原子间的微小...

临朐县17276395778: 简述原子力显微镜的工作原理是什么,有哪些主要部件 -
徵物欣欣: 原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM),一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器.它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质.将一对微弱...

临朐县17276395778: 尺寸的AFM测量 是什么意思 -
徵物欣欣: AFM是Atomic Force Microscope的缩写,即原子力显微镜. 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...

临朐县17276395778: 原子力显微镜的原理有哪些呢?
徵物欣欣: 原子力显微镜(AFM)便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的:在原子力显微镜(AFM)的系统中,使用微小悬臂(cantilever)来感测针尖与样品之间的相互作用,这作用力会使微悬臂摆动,再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

临朐县17276395778: 原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)工作原理是什么?
徵物欣欣: 最佳答案 回答者:匿名用户 时间:2010-02-25 去哪里找最出色的生命科学学术交流论坛?>>>原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)是1986年设计完成的,它主要通过检测针尖与样品之间的原子间作用力来获得样品表面的微观信息,...

临朐县17276395778: 有什么关于原子力显微镜的介绍 -
徵物欣欣: 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.

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