常州原子力显微镜测试技术

    原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，简称AFM）是一种用于研究表面形貌和表面特性的高分辨率扫描探针显微镜。它利用微悬臂上的针尖与样品表面之间的相互作用力来获取表面形貌和表面特性信息。AFM可以测试各种材料表面的形貌、粗糙度、弹性、硬度、化学反应等特性，广泛应用于纳米科学研究领域。AFM测试的内容主要包括以下几个方面：1.表面形貌：AFM可以获取表面形貌的高分辨率图像，包括表面起伏、沟壑、颗粒大小等特征。这对于研究表面微观结构、表面处理效果以及材料性能等方面具有重要意义。2.表面粗糙度：AFM可以测量表面粗糙度，即表面微小起伏和波纹的幅度和频率。这对于研究表面加工质量、材料表面处理效果以及摩擦学等领域具有重要意义。3.弹性：AFM可以测量样品的弹性，包括弹性模量和泊松比等参数。这对于研究材料力学性能、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。4.硬度：AFM可以测量样品的硬度，即针尖在样品表面划过时所受到的阻力。这对于研究材料硬度分布、材料内部结构以及纳米尺度下的力学行为等方面具有重要意义。5.化学反应：AFM可以观察表面化学反应的动态过程，包括化学反应前后表面形貌的变化、化学反应产物的生成等。 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；常州原子力显微镜测试技术

AFM液相成像技术的优点在于消除了毛细作用力，针尖粘滞力，更重要的是可以在接近生理条件下考察DNA的单分子行为；DNA分子在缓冲溶液或水溶液中与基底结合不紧密，是液相AFM面临的主要困难之一。硅烷化试剂,如3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和阳离子磷脂双层修饰的云母基底固定DNA分子，再在缓冲液中利用AFM成像，可以解决这一难题。在气相条件下阳离子参与DNA的沉积已经发展十分成熟，适于AFM观察。在液相条件下，APTES修饰的云母基底较常用。DNA的许多构象诸如弯曲，超螺旋，小环结构，三链螺旋结构，DNA三通接点构象，DNA复制和重组的中间体构象，分子开关结构和药物分子插入到DNA链中的相互作用都地被AFM考察，获得了许多新的理解。沧州原子力显微镜测试系统微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。

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（contactmode)，非接触模式（non-contactmode)和敲击模式(tappingmode）；接触模式从概念上来理解，接触模式是AFM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10-10～10-6N。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5～10nm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10-12N，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，从而增加对表面的压力。

    在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针尖保持一定的作用力。总结AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料，当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与所加的电压的大小成线性关系。即可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分别X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。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。 距离太大不能获得样品表面的信息，距离太小会损伤探针和被测样品，反馈回路的作用就是在工作过程中；

原子力显微镜（AtomicForceMicroscope，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；由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。原子力显微镜是由IBM公司苏黎世研究中心的格尔德·宾宁于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用类似扫描探针显微镜（SPM）的观测方法。原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）差别在于并非利用电子隧穿效应，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德瓦耳斯力或卡西米尔效应等来呈现样品的表面特性、；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5～10nm的距离处振荡。重庆原子力显微镜测试技术

在系统检测成像全过程中，探针和被测样品间的距离始终保持在纳米（10e-9米）量级；常州原子力显微镜测试技术

AFM液相成像技术的优点在于消除了毛细作用力，针尖粘滞力，更重要的是可以在接近生理条件下考察DNA的单分子行为。DNA分子在缓冲溶液或水溶液中与基底结合不紧密，是液相AFM面临的主要困难之一、硅烷化试剂,如3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）和阳离子磷脂双层修饰的云母基底固定DNA分子，再在缓冲液中利用AFM成像，可以解决这一难题。在气相条件下阳离子参与DNA的沉积已经发展十分成熟，适于AFM观察。在液相条件下，APTES修饰的云母基底较常用。DNA的许多构象诸如弯曲，超螺旋，小环结构，三链螺旋结构，DNA三通接点构象，DNA复制和重组的中间体构象，分子开关结构和药物分子插入到DNA链中的相互作用都地被AFM考察，获得了许多新的理解。常州原子力显微镜测试技术