多功能原子力顯微鏡是一種高分辨率的顯微成像技術(shù),不僅可以在納米尺度上對樣品表面進行形貌表征,還能研究物質(zhì)的其他物理性質(zhì),如力學(xué)特性、磁性、電學(xué)性質(zhì)等。核心部分是一根具有微小尖的懸臂梁(cantilever),其末端裝有探針。當(dāng)探針靠近樣品表面時,原子之間的相互作用力(包括范德華力、靜電力、磁力等)將引起懸臂梁的偏折。通過激光反射系統(tǒng)或隧道電流方式檢測這種微小的偏折,即可獲得作用于探針上的力的信息。隨后,通過掃描樣品表面并記錄各點的作用力,便可構(gòu)建出樣品表面的三維形貌圖。
1.高分辨率:AFM可以在納米甚至亞納米級別上提供有關(guān)表面形貌的詳細信息。
2.多面性:除了表面形貌外,AFM還可以測量樣品的其他物理性質(zhì)。
3.適用性廣:可在空氣、液體等多種環(huán)境中工作,適用于不同的樣品類型。
4.無損傷:非侵入式測量方式使得對柔軟或脆弱樣品的觀測不會造成損害。
5.操作簡便:相對于其他顯微技術(shù),AFM的操作更為簡單直觀。
主要功能:
1.表面形貌成像:最基本也是常用的功能,用于觀察從原子到微米尺度的表面結(jié)構(gòu)。
2.力學(xué)性質(zhì)映射:通過測量探針與樣品間的接觸剛度來獲取局部彈性模量等信息。
3.磁力性能探測:利用磁性探針可以對樣品表面的磁場分布進行成像。
4.電學(xué)性質(zhì)分析:結(jié)合導(dǎo)電探針,AFM能夠進行局部電流或電勢的測量。
5.分子及化學(xué)識別:通過特定的探針修飾,AFM能在分子水平上識別不同化學(xué)物質(zhì)。
多功能原子力顯微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域:
1.材料科學(xué):研究各種材料的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。
2.生命科學(xué):觀察生物大分子如蛋白質(zhì)、DNA等的結(jié)構(gòu)及其相互作用。
3.數(shù)據(jù)存儲:用于研究磁存儲介質(zhì)的表面磁疇結(jié)構(gòu)。
4.微電子學(xué):檢測半導(dǎo)體器件的局部電導(dǎo)率和失效分析。
5.納米加工:利用AFM探針進行納米刻蝕、操縱和組裝。