AFM原子力显微镜针尖技术介绍

 新闻资讯     |      2023-08-28 09:54:06

原子力显微镜对比于现有的其它显微工具,以其高分辨、制样简单、操作易行等特点而备受关注,并在生命科学、材料科学等领域发挥了重大作用,极大地推动了纳米科技的发展,促使人类进入了纳米时代。

AFM原子力显微镜针尖的作用

原子力显微镜.jpg

原子力显微镜虽然名字里有“显微镜”这三个字,却并不像光学显微镜和电子显微镜那样利用电磁波或者微观粒子来“看”一个物体,而是通过一根小小的探针来间接地感知物体表面的结构。这根探针小到什么程度呢?探针主要部分是一个长约100微米,宽约20微米的条状物,我们称其为悬臂。在悬臂的末端是一个更小的尖状物,Z末端的直径一般只有十几个纳米,我们称它为针尖。针尖和悬臂合起来构成了一个完整的AFM原子力显微镜的探针,一般使用硅或者氮化硅作为材料。可以说探针是原子力显微镜Z为关键的部件。

针尖和物体表面之间的作用力是十分微弱的,该如何有效测量它的大小呢?

由于针尖和悬臂是连在一起的,针尖受到的力会导致悬臂发生弯曲,受力越大,悬臂弯曲的越厉害。这样,通过测量悬臂弯曲的程度,我们就可以知道针尖与物体表面之间的作用力的大小。但是悬臂由于受力而发生的弯曲依然很小,直接测量这么小的程度的弯曲并不现实。

AFM原子力显微镜的fa明者巧妙地解决了这个难题。他们将一束激光投射到悬臂的上表面,激光被悬臂反射后又被检测器接收。当悬臂没有受力时,可以调节激光的位置使得反射之后的激光光束恰好到达检测器的ZX并保持入射激光光束的位置不变。一旦悬臂由于受力而发生弯曲,经悬臂反射到达检测器的激光必然会偏离检测器的ZX。通过激光束的反射,悬臂的弯曲程度可以被放大1000倍,这样我们就能够准确地测量出悬臂的弯曲程度。

我们可以再给针尖-悬臂-激光光束的wan美组合配上一部精确控制的马达,使得探针能够以非常小的尺度在物体表面上移动,再加上必要的计算机软件辅助,我们就能够准确地探测到物体表面的微观结构。