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1.原子力顯微鏡

AFM全稱Atomic Force Microscope，即原子力顯微鏡，它是繼掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscope,STM）之后發(fā)明的一種具有原子級(jí)高分辨的新型儀器。

2.原理：

AFM由四個(gè)部分組成：機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分、懸臂偏轉(zhuǎn)信號(hào)光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)、控制信號(hào)反饋系統(tǒng)， 成像和信息處理軟件系統(tǒng)。

探針與樣品之間的相互作用力使微懸臂向上或向下偏轉(zhuǎn)，利用激光將光照射在懸臂的末端，反射光的位置改變就用來測(cè)器此懸臂的偏移量，也就是說，當(dāng)原子間距離減小到一定程度以后，原子間的作用力將迅速上升。因此，由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度，從而獲得樣品表面形貌的信息。

3.分類﹕

(1) 接觸式﹕利用探針和待測(cè)物表面之原子力交互作用(一定要接觸)，此作用力(原子間的排斥力)很小，但由于接觸面積很小，因此過大的作用力仍會(huì)損壞樣品，尤其對(duì)軟性材質(zhì)，不過較大的作用力可得較佳分辨率，所以選擇較適當(dāng)?shù)淖饔昧Ρ闶值闹匾Ｓ捎谂懦饬?duì)距離非常敏感，所以較易得到原子分辨率。

(2) 非接觸式﹕為了解決接觸式之AFM 可能破壞樣品的缺點(diǎn)，便有非接觸式之AFM 被發(fā)展出來，這是利用原子間的長距離吸引力來運(yùn)作，由于探針和樣品沒有接觸，因此樣品沒有被破壞的問題，不過此力對(duì)距離的變化非常小，所以必須使用調(diào)變技術(shù)來增加訊號(hào)對(duì)噪聲比。在空氣中由于樣品表面水模的影響，其分辨率一般只有50nm，而在超高真空中可得原子分辨率。

(3) 輕敲式﹕將非接觸式AFM 改良，將探針和樣品表面距離拉近，增大振福，使探針再振蕩至波谷時(shí)接觸樣品由于樣品的表面高低起伏，使的振幅改變，再利用接觸式的回饋控制方式，便能取得高度影像。分辨率界于接觸式和非接觸式之間，破壞樣品之機(jī)率大為降低，且不受橫向力的干擾。不過對(duì)很硬的樣品而言，針尖仍可能受損。

4.應(yīng)用：

AFM可以在大氣和液體環(huán)境下對(duì)各種材料和樣品進(jìn)行納米區(qū)域的物理性質(zhì)包括形貌進(jìn)行探測(cè)，或者直接進(jìn)行納米操縱；現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物、化工、食品、醫(yī)藥研究和科研院所各種納米相關(guān)學(xué)科的研究實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域中，成為納米科學(xué)研究的基本工具。

5.AFM探針：

因?yàn)镾TM的基本原理是通過測(cè)量探針與樣品表面的隧道電流大小來探測(cè)表面形貌，STM要求樣品表面導(dǎo)電。而AFM是測(cè)量探針與樣品表面的相互作用力。AFM探針可以測(cè)試絕緣體的表面形貌和性能。

AFM探針的分類：

（1） 非接觸/輕敲模式針尖以及接觸模式探針：最常用的產(chǎn)品，分辨率高，使用壽命一般。使用過程中探針不斷磨損，分辨率很容易下降。主要應(yīng)用與表面形貌觀察。

（2） 導(dǎo)電探針：通過對(duì)普通探針鍍10-50納米厚的Pt（以及別的提高鍍層結(jié)合力的金屬，如Cr，Ti，Pt和Ir等）得到。導(dǎo)電探針應(yīng)用于EFM，KFM，SCM等。導(dǎo)電探針分辨率比tapping和contact模式的探針差，使用時(shí)導(dǎo)電鍍層容易脫落，導(dǎo)電性難以長期保持。導(dǎo)電針尖的新產(chǎn)品有碳納米管針尖，金剛石鍍層針尖，全金剛石針尖，全金屬絲針尖，這些新技術(shù)克服了普通導(dǎo)電針尖的短壽命和分辨率不高的缺點(diǎn)。

（3）磁性探針：應(yīng)用于MFM，通過在普通tapping和contact模式的探針上鍍Co、Fe等鐵磁性層制備，分辨率比普通探針差，使用時(shí)導(dǎo)電鍍層容易脫落。

（4）大長徑比探針：大長徑比針尖是專為測(cè)量深的溝槽以及近似鉛垂的側(cè)面而設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。特點(diǎn)：不太常用的產(chǎn)品，分辨率很高，使用壽命一般。技術(shù)參數(shù)：針尖高度> 9μm；長徑比5:1；針尖半徑< 10 nm。

（5）類金剛石碳AFM探針/全金剛石探針：一種是在硅探針的針尖部分上加一層類金剛石碳膜，另外一種是全金剛石材料制備（價(jià)格很高）。這兩種金剛石碳探針具有很大的耐久性，減少了針尖的磨損從而增加了使用壽命。