原子力顯微鏡的構(gòu)造能和使用方法.ppt

原子力顯微鏡的構(gòu)造、性能和使用方法,上海光學(xué)儀器廠,,主要內(nèi)容,一、目的與要求 二、構(gòu)造、原理及功能 三、試驗(yàn)器材 四、基本操作 五、思考題 ,一、目的與要求,了解原子力顯微鏡的基本構(gòu)造、原理及用途 學(xué)習(xí)使用原子力顯微鏡的基本操作技術(shù) 學(xué)會(huì)利用原子力顯微鏡掃描生物樣品的形貌，分別掃描出接觸模式和輕敲模式下幾種菌的形貌圖。 ,二、構(gòu)造、原理及功能,DI MultiModeV 掃描探針顯微鏡,CCD Camera,控制器,激光頭,2.1 原子力顯微鏡的構(gòu)造,防震臺(tái),掃描管,2.1 原子力顯微鏡的構(gòu)造,二、構(gòu)造、原理及功能,激光頭,懸臂夾,2.1 原子力顯微鏡的構(gòu)造,二、構(gòu)造、原理及功能,探針,2.1 原子力顯微鏡的構(gòu)造,二、構(gòu)造、原理及功能,A 掃描管：0.4m0.4m0.4m E 掃描管：12m12m3m J 掃描管：120m120m5m PF 掃描管：40m40m20m,2.1 原子力顯微鏡的構(gòu)造,二、構(gòu)造、原理及功能,2.2 原子力顯微鏡的工作原理,檢測(cè)器能精確檢測(cè)到反射激光光斑上下左右的移動(dòng)。此信息經(jīng)反饋系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為控制壓電掃描器的電壓信號(hào)。樣品表面每一點(diǎn)上壓電掃描器的起伏信息被計(jì)算機(jī)記錄,經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理后獲得樣品圖象。,二、構(gòu)造、原理及功能,三種基本操作模式： 接觸式（contact） 非接觸式（non-contact） 輕敲式（tapping） ,2.3 工作模式,二、構(gòu)造、原理及功能,2.4 主要測(cè)量功能,表面物理特性的表征 摩擦力和其它表面力 (LFM) 磁場(chǎng)力 (MFM) 電場(chǎng)力及表面電勢(shì) (EFM/SPM) 力曲線/力曲線分布圖譜 定量力學(xué)參數(shù) 電化學(xué)反應(yīng) (ECM),三維成像 樣品表面三維形貌結(jié)構(gòu)（納米至微米尺度的三維測(cè)量）,二、構(gòu)造、原理及功能,三、試驗(yàn)器材,菌種：氧化亞鐵硫桿菌，氧化硫硫桿菌，大腸桿菌，枯草芽孢桿菌等在云母片上的烘干樣 儀器與其他用具： DI MultiModeV 掃描探針顯微鏡、掃描光、探針、鑷子等,四、操作步驟,開(kāi)機(jī)：電腦控制器軟件打開(kāi) 安裝：1、把接觸（輕敲）模式探針安轉(zhuǎn)在懸臂夾中 2、把制備好的樣品放在掃描管的上,4.1 開(kāi)機(jī)安裝,3、取下激光頭，把裝有探針的懸臂夾放入激光頭中，用激光頭后面的鎖緊螺絲把懸臂夾鎖緊 4、把激光頭放回掃描管上，注意探針與樣品表面之間的距離，不要讓探針碰到樣品 5、調(diào)整針尖接近樣品上方，并調(diào)整激光點(diǎn)到探針尖端的背面,4.1 開(kāi)機(jī)安裝,四、操作步驟,6、用CCD Camera的粗調(diào)螺絲上下移動(dòng)CCD Camera，在監(jiān)視器上找到樣品的表面，用Base上的Up，Down扳手把探針慢慢往下降，直到在監(jiān)視器上看到模糊的探針。如果樣品是透明的，在監(jiān)視器上將看不到樣品的表面，這時(shí)我們以監(jiān)視器上探針與探針的像將近重合為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定探針在樣品正上方的高度,四、操作步驟,4.1 開(kāi)機(jī)安裝,7、調(diào)整激光頭后面的發(fā)射鏡調(diào)整螺絲，使得Base底部橢圓區(qū)域的SUM值達(dá)到最大，對(duì)于接觸模式的氮化硅（單晶硅）探針，它一般在5-9（1.5-3）之間 8、調(diào)整光檢測(cè)器，使得Base底部的HOR2值為0，VERT值為-1-2（0）之間,四、操作步驟,4.1 開(kāi)機(jī)安裝,1、從菜單中選擇顯微鏡，Tools/select microscope, 從對(duì)話框中選擇MultiModeV，點(diǎn)OK 2、從Tools/select scanner對(duì)話框中選擇所用的掃描管類(lèi)型，點(diǎn)OK 3、從file中選擇open workspace,選擇contact mode（tapping mode） 根據(jù)需要設(shè)置Scan size 4、接觸模式不執(zhí)行此步，輕敲模式要先點(diǎn)擊tune按鈕，進(jìn)入cantilever tune 界面，點(diǎn)擊auto tune按鈕，計(jì)算機(jī)自動(dòng)找尋探針的共振頻率，對(duì)于普通的Rtesp探針，此頻率大約在200-400kHz之間，當(dāng)tune完成后，返回real time 模式。 5、然后點(diǎn)擊engage按鈕，計(jì)算機(jī)開(kāi)始自動(dòng)下針，當(dāng)針接觸到樣品并且彎曲量達(dá)到預(yù)先設(shè)置的setpoint值時(shí)，掃描管開(kāi)始掃描,四、操作步驟,4.2 軟件設(shè)置,步寬越小,單位面積上采集的數(shù)據(jù)越多。而步寬是由掃描速度決定的,因此當(dāng)掃描范圍較大時(shí),應(yīng)該選擇較小的掃描速度,這樣采集的數(shù)據(jù)才足夠多。由于壓電陶瓷掃描器固有的誤差,在掃描過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的漂移,特別是當(dāng)掃描范圍小于50nm 50nm時(shí),可能造成所選區(qū)域的某行重復(fù)掃描,從而造成假象,所以此時(shí)應(yīng)該選用較大的掃描速度而減小誤差。,四、操作步驟,4.3 測(cè)試過(guò)程中參數(shù)的選擇,1、觀察trace、retrace曲線，看看著兩條曲線的重合性，如果著兩條曲線不重合，可通過(guò)調(diào)整integral gain, proportional gain， setpoint和scan rate來(lái)使得著兩條線盡量重合。調(diào)整integral gain和proportional gain的原則是，先盡量把integral gain調(diào)大，直到在曲線上出現(xiàn)噪音，然后稍微減少integral gain，直到噪音消失。proportional gain比integral gain大20%左右 2、setpoint值越大，探針對(duì)樣品的作用力越大，探針跟蹤樣品越好，這兩條曲線重合的也越好，但需要注意，探針對(duì)樣品的作用力越大，越容易損傷樣品 3、scan rate越小，探針跟蹤樣品越好，trace、retrace重合的越好。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)掃描尺寸為10nm時(shí)，scan rate可設(shè)置為2Hz（1.5Hz），隨著掃描尺寸增大，scan rate值也要隨之減小。當(dāng)然掃描尺寸較少時(shí)，scan rate值可稍微增大。 4、調(diào)整date scale,使得此兩條曲線大約充滿scope trace 圖框 5、當(dāng)參數(shù)優(yōu)化后，就可以點(diǎn)擊capture按鈕，開(kāi)始抓取圖象,四、操作步驟,4.3 測(cè)試過(guò)程中參數(shù)的選擇,4.4 示例,四、操作步驟,試驗(yàn)結(jié)束后關(guān)機(jī)：關(guān)閉軟件控制器電腦 打掃實(shí)驗(yàn)室衛(wèi)生，保持顯微鏡室干凈整潔，登記儀器使用記