原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)是一种用于研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测样品表面和微型力敏感元件之间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。
AFM原子力显微镜的基本原理是将一对微弱力J端敏感的微悬臂一端固定,另一端的微小针尖接近样品,这时针尖与样品表面将产生相互作用力。这种作用力会使微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时,利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息,从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。
原子力显微镜的主要功能包括获得样品表面纳米及微米区域的形貌、粗糙度、摩擦力和表面其它力、接触模式、轻敲模式、力曲线等。它广泛应用于物理学、材料科学、生命科学等微纳米操作技术领域,尤其在导体和绝缘体薄膜样品的原子级分辨率形貌观察、分析方面发挥着重要作用。
在AFM原子力显微镜的设计中,力检测模块、位置检测模块和反馈系统是关键部分。当原子力显微镜探针的针尖与样品接近时,针尖原子和样品表面原子之间的相互作用力会导致悬臂梁发生偏转,从而引起反射光的位置发生改变。当探针在样品表面扫过时,光电检测系统会记录激光的偏转量(悬臂梁的偏转量),并将其反馈给系统。*终通过信号放大器等将其转换成样品的表面形貌特征。
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