原子力显微镜实验报告

一， 引言

在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向。 扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处，推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。除物理，化学生物等领域外，AFM在为微电子，微机械学，新型材料，医学等领域有着广泛的应用，以STM和AFM为基础，衍生出一系列的扫描探针显微镜，有激光里显微镜，磁力显微镜，扫描探针显微镜主要用于对物质表面在纳米线上进行成像和分析。

…… …… 余下全文

原子力显微镜

摘 要：本文阐述了原子力显微镜的结构、原理及应用，观察了样品的表面形貌，最后对本实验进行了讨论。

关键词：原子力显微镜，导电ITO，表面粗糙度

1. 引言

在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向。 扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处，推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。

2. 原子力显微镜结构及工作原理

在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统，如图1所示。

图1

（1）力检测部分

在原子力显微镜系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。使用微悬臂来检测原子之间力的变化量。如图2所示，微悬臂通常由一个一般100～500μm长和大约500nm～5μm厚的硅片或氮化硅片制成。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。

…… …… 余下全文

原子力显微镜的应用和进展

摘要：从原子力显微镜诞生以来，由于其在表面观测上的高分辨率以及对表面的要求较低，这项技术被广泛的应用于科研的各个领域，极大的促进了各学科的发展。由于这项技术的重要性，在其诞生之后就一直被改进以满足不同学科不同场合的需求。本文从具体原子力实验出发概述原子力显微镜的应用以及改进方案。

关键词：原子力显微镜  压电微悬臂  敲击式AFM  探针功能化

1  引言

1996年Binning及其合作者在扫描隧道显微镜的基础上发明了AFM，它是利用原子、分子间的相互作用力(主要范德瓦尔斯力，价键力，表面张力，万有引力，以及静电力和磁力等)来观察物体表面微观形貌的新型实验技术。在这项表面观测技术发明以来已经被各学科所采纳、改进，以适应不同学科不同工作环境的需求。比如在生物及医学研究中要求不能对活体细胞产生太大影响，要求力更小以免对膜有破坏作用，同时也要求原子力显微镜的扫描更快，更方便以适应更多学科对它的需求，最好能实现更好的自动化，同时最好能应用于不同的环境。但现在而言原子力显微镜对环境的要求还是很高的，所以对原子力显微镜的改进也是件十分有意义的工作。现在有的一个想法是对原子力显微镜的微悬臂进行改造，用压电微悬臂[4]替代，这样直接利用压电微悬臂收集数据以替代激光放大。另外，将原子力显微镜应用于生物和医学的研究，也提出了对探针进行功能化[5]的要求。

…… …… 余下全文

原子力显微镜应用技术

一、实验目的

1了解原子力显微镜的工作原理

2掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法

二、实验原理

（1）AFM的工作原理

在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。主要工作原理如下图：

　　(2) AFM的工作模式

AFM 有三种不同的工作模式: 接触模式( contact mode) 、非接触模式(noncontact mode) 和共振模式或轻敲模式(Tapping Mode) 。

本实验采用轻敲模式：样品扫描时，针尖始终同样品“接触”，即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时，由于表面的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化，引起它们之间作用力的变化，从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面，再反射到位置灵敏的光电检测器时，检测器不同象限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值，不断调整针尖一样品距离，并且保持针尖一样品作用力不变，就可以得到表面形貌像。

…… …… 余下全文

原子力显微镜实验报告

实验者：杨承燕 专业：材料学 学号：201102710031 同组者：方伟 别传玉 周芬 廖宁 李强 邹阳 屈亮 王晓玲 赵章 实验时间：2011/12/15 14:00-15:00 地点：6359

一 实验目的：

1. 了解原子力显微镜的工作原理及工作特点；

2. 了解原子力显微镜在材料科学中的应用；

二 实验原理

2.1 原子力显微镜工作原理：

将一个对微弱力及其敏感的长为

100-200微米的Si或Si3N4材料的微悬臂

一端固定，另一端有一个针尖，针尖与样

品表面轻轻接触，针尖尖端原子与样品表

面原子间的及其微弱的作用力，使微悬臂

发生弯曲，通过检测微悬臂背面反射出的

红色激光光点在一个光学检测器上的位置

的变化可以转换成力的变化被反射激光点

位置变化或是微悬臂梁弯曲的变化与力的

变化成正比），通过控制针尖在扫描过程中

作用力的恒定同时测量针尖纵向的位移量，从而最终还原出样品表面的形貌像。

2.2 原子力显微镜的特点

原子力显微镜有两种工作方式：接触模式和非接触模式。

通常情况下，接触模式都可以产生稳定的、分辨率高的图像。但是这种模式不适用于研究生物大分子、低弹性模量样品以及容易移动和变形的样品。 非接触状态，对于研究柔软或有弹性的样品较佳，而且针尖或者样品表面不会有钝化效应，不过会有误判现象。这种模式的操作相对较难，通常不适用于在液体中成像，在生物中的应用也很少。

…… …… 余下全文

原子力显微镜实验报告

刘文凯  匡亚明学院  111242020

一， 引言

在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向。 扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处，推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。除物理，化学生物等领域外，AFM在为微电子，微机械学，新型材料，医学等领域有着广泛的应用，以STM和AFM为基础，衍生出一系列的扫描探针显微镜，有激光里显微镜，磁力显微镜，扫描探针显微镜主要用于对物质表面在纳米线上进行成像和分析。

…… …… 余下全文

原子力显微镜实验报告

一．实验目的

1．了解原子力显微镜的工作原理

2．掌握用原子力显微镜进行表面观测的方法

二．实验原理

1．AFM工作原理

在原子力显微镜的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。在AFM中用一个安装在对微弱力极敏感的微悬臂上的极细探针。当探针与样品接触时,由于它们原子之间存在极微弱的作用力(吸引或排斥力) ,引起微悬臂偏转。 扫描时控制这种作用力恒定,带针尖的微悬臂将对应于原子间作用力的等位面,在垂直于样品表面方向上起伏运动, 因而会使反射光的位置改变而造成偏移量，通过光电检测系统(通常利用光学、电容或隧道电流方法) 对微悬臂的偏转进行扫描,测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化, 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。将信号放大与转换从而得到样品表面原子级的三维立体形貌图像。AFM 的核心部件是力的传感器件, 包括微悬臂() 和固定于其一端的针尖。根据物理学原理,施加到末端力的表达式为：

表示针尖相对于试样间的距离, 为的弹性系数，力的变化均可以通过被检测。

AFM 有三种不同的工作模式：接触模式、非接触模式和共振模式或轻敲模式。本实验采用接触模式：样品扫描时，针尖始终同样品“接触”，即针尖-样品距离在小于零点几个纳米的斥力区域。此模式通常产生稳定、高分辨图像。当沿着样品扫描时，由于表面的高低起伏使得针尖-样品距离发生变化，引起它们之间作用力的变化，从而使悬臂形变发生改变。当激光束照射到微悬臂的背面，再反射到位置灵敏的光电检测器时，检测器不同象限会接收到同悬臂形变量成一定的比例关系的激光强度差值。反馈回路根据检测器的信号与预置值的差值，不断调整针尖一样品距离，并且保持针尖一样品作用力不变，就可以得到表面形貌像。

…… …… 余下全文

AFM原子力显微镜技术及应用实验报告

             ——指导老师：袁求理

近代物理实验报告

物理班实验小组

20##年12月18日

引言

在当今的科学技术中，如何观察、测量、分析尺寸小于可见光波长的物体，是一个重要的研究方向。 扫描隧道显微镜(STM) 使人们首次能够真正实时地观察到单个原子在物体表面的排列方式和与表面电子行为有关的物理、化学性质。 STM要求样品表面能够导电，从而使得STM只能直接观察导体和半导体的表面结构。为了克服STM 的不足之处，推出了原子力显微镜(AFM)。AFM是通过探针与被测样品之间微弱的相互作用力(原子力) 来获得物质表面形貌的信息。因此，AFM除导电样品外，还能够观测非导电样品的表面结构，且不需要用导电薄膜覆盖,其应用领域将更为广阔。除物理，化学生物等领域外，AFM在为微电子，微机械学，新型材料，医学等领域有着广泛的应用，以STM和AFM为基础，衍生出一系列的扫描探针显微镜，有激光里显微镜，磁力显微镜，扫描探针显微镜主要用于对物质表面在纳米线上进行成像和分析。

…… …… 余下全文