《AFM簡介實驗》ppt課件

1、*S衍射屏衍射屏察看屏察看屏a 剛可分辨剛可分辨不可分辨不可分辨衍衍射射效效應(yīng)應(yīng)sin222.1nrr0.2um 3000倍最小分辨間隔最小分辨間隔：阿貝公式：阿貝公式19381938年：第一臺透射電子顯微鏡年：第一臺透射電子顯微鏡TEMTEM。 1952 1952年：第一臺掃描電子顯微鏡年：第一臺掃描電子顯微鏡SEMSEM。 電子顯微鏡的分辨率可以到達納米級電子顯微鏡的分辨率可以到達納米級10-9m10-9m。樣品處置過程復(fù)雜樣品處置過程復(fù)雜要在高真空的環(huán)境下操作要在高真空的環(huán)境下操作電子波長比可見光短得多。制成電子顯電子波長比可見光短得多。制成電子顯微鏡將具有更高的分辨身手。微鏡將具有更高

2、的分辨身手。nNear Field Scanning Optical Microscopy (NSOM) SPM SPM是指在是指在STMSTM根底上開展起來的一大類顯微鏡，根底上開展起來的一大類顯微鏡，經(jīng)過探測極小探針與外表之間的物理作用量如光、經(jīng)過探測極小探針與外表之間的物理作用量如光、電、磁、力等的大小而獲得外表信息。電、磁、力等的大小而獲得外表信息。19821982年，年，Gerd BinnigGerd Binnig和和Heinrich Heinrich RohrerRohrer發(fā)明掃描隧道顯微鏡發(fā)明掃描隧道顯微鏡STM )STM )，獲，獲得得19861986年的諾貝爾物理學獎年的諾

3、貝爾物理學獎 。賓尼 羅雷爾 隧道電流隨探針隧道電流隨探針樣品間間隔減小而呈樣品間間隔減小而呈指數(shù)添加指數(shù)添加d1nm樣品導(dǎo)電性要好樣品導(dǎo)電性要好 1986 1986，IBMIBM，葛，葛賓尼賓尼G. BinnigG. Binnig發(fā)明了原子發(fā)明了原子力顯微鏡力顯微鏡(Atomic Force Microscope ,AFM)(Atomic Force Microscope ,AFM)新一新一代外表觀測儀器代外表觀測儀器原理：利用原子之間的范德華力原理：利用原子之間的范德華力Van Der WaalsVan Der WaalsForceForce作用來呈現(xiàn)樣品的外表特性作用來呈現(xiàn)樣品的外表特性

4、原子間的作用力吸引部分排斥部分F pair d原子原子排斥力原子原子吸引力samplescannercantileverphoto detectorlaser diode微懸臂激光二極管光電檢測器力檢測部分力檢測部分光學檢測部分光學檢測部分反響電子系統(tǒng)反響電子系統(tǒng)壓電掃描系統(tǒng)壓電掃描系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)van der Waals force curve 針尖一直向樣品接觸并簡單地在外表上挪動，針尖樣品間的相互作用力是相互接觸原于的電子間存在的庫侖排斥力，其大小通常為108 1011N。van der Waals force curved .nm 優(yōu)點：可產(chǎn)生穩(wěn)定、高分辨圖像。缺陷：

5、 能夠使樣品產(chǎn)生相當大的變形，對柔軟的樣品呵斥破壞，以及破壞探針，嚴重影響AFM成像質(zhì)量。 相互作用力是范德華吸引力，遠小于排斥力. van der Waals force curved: 520nm振幅：2nm5nm范德華吸引力 微懸臂以共振頻率振蕩，經(jīng)過控制微懸臂振幅恒定來獲得樣品外表信息的。 優(yōu)點：對樣品無損傷優(yōu)點：對樣品無損傷 缺陷：缺陷： 1 1分辨率要比接觸式的低。分辨率要比接觸式的低。 2 2氣體的外表壓吸附到樣品外表，呵斥圖像氣體的外表壓吸附到樣品外表，呵斥圖像 數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和對樣品的破壞。數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和對樣品的破壞。 介于接觸方式和非接觸方式之間介于接觸方式和非接觸方式之間: :

6、 其特點是掃描過程中微懸臂也是振蕩的并具有比非其特點是掃描過程中微懸臂也是振蕩的并具有比非接觸方式更大的振幅接觸方式更大的振幅(5100nm)(5100nm)，針尖在振蕩時延續(xù)地，針尖在振蕩時延續(xù)地與樣品接觸。與樣品接觸。 van der Waals force curve振幅：振幅：5nm 100nm相位成像相位成像(phase imaging)(phase imaging)技術(shù)技術(shù)經(jīng)過輕敲方式掃描過程中振動微懸臂的相位變化經(jīng)過輕敲方式掃描過程中振動微懸臂的相位變化來檢測外表組分來檢測外表組分, ,粘附性粘附性, ,摩擦摩擦, ,粘彈性和其他性質(zhì)粘彈性和其他性質(zhì)的變化的變化. .單碳納米壁管

7、單碳納米壁管 直徑直徑0. 70. 75 nm5 nm原子力顯微鏡的運用原子力顯微鏡的運用金屬金屬半導(dǎo)體資料半導(dǎo)體資料化學化學納米資料納米資料生命科學生命科學微加工技術(shù)微加工技術(shù)用AFM察看DNA雙螺旋構(gòu)造v 生物和生命科學用AFM察看細胞生長v 生物和生命科學用AFM察看集成電路的線路刻蝕情況v 微電子科學和技術(shù) Kajiyama Kajiyama等人運用等人運用AFMAFM研討了單分散聚苯乙烯研討了單分散聚苯乙烯(PS)/(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(PMMA)共混成膜的相分別情況。共混成膜的相分別情況。 膜較厚時膜較厚時(25(25), ), 看不到分相。膜厚看

8、不到分相。膜厚100n100n時時, ,可以得到可以得到PMMAPMMA呈島狀分布在呈島狀分布在PSPS中的中的AFMAFM圖象。圖象。AFM在聚合物膜研討中的運用在聚合物膜研討中的運用1 外表整體形狀研討外表整體形狀研討2 孔徑孔徑(分布分布),粒度分布研討粒度分布研討3 粗糙度研討粗糙度研討1 外表整體形狀研討2 孔徑孔徑(分布分布),粒度分布研討粒度分布研討Section analysis of TM-AFM image.Tapping mode atomic force micrographs3 粗糙度研討粗糙度研討n 粗糙度粗糙度Surface roughnessSurface roughness表示膜外表形狀間表示膜外表形狀間的差別，影響著膜的物理和化學性能、膜外表的污的差別，影響著膜的物理和化學性能、膜外表的污染程度和膜的水通量。染程度和膜的水通