原(yuan)子(zi)力顯微鏡(jing)是(shi)壹種(zhong)用於表(biao)面形貌(mao)觀察(cha)的(de)高分(fen)辨(bian)率顯(xian)微技術(shu)。它(ta)利(li)用物(wu)理探針與(yu)樣品(pin)表面的(de)相(xiang)互(hu)作用來獲(huo)得表(biao)面形貌(mao)圖像(xiang),不依(yi)賴於光學(xue)成像(xiang),因(yin)此能夠以(yi)高的(de)空間分(fen)辨(bian)率觀測樣品。傳統(tong)的(de)原(yuan)子(zi)力顯微鏡(jing)價(jia)格(ge)較(jiao)高,操(cao)作(zuo)復雜,對(dui)環(huan)境(jing)要求(qiu)嚴(yan)格。然而(er),隨(sui)著(zhe)技術(shu)的(de)進步(bu)和需(xu)求(qiu)的(de)增(zeng)加(jia),簡(jian)易型(xing)原子力顯微鏡(jing)的(de)研(yan)發(fa)逐(zhu)漸(jian)興起(qi)。簡(jian)易型(xing)AFM通(tong)過采用成本較(jiao)低、結(jie)構簡(jian)單的(de)設(she)計(ji),致(zhi)力於使更多研(yan)究人員(yuan)能夠以(yi)較(jiao)低的(de)成(cheng)本(ben)獲(huo)取原(yuan)子(zi)級分(fen)辨率(lv)的(de)表(biao)面圖像(xiang)。

1.探針掃描(miao):AFM采用壹個(ge)非(fei)常尖銳的(de)探針,其(qi)末(mo)端(duan)的(de)半(ban)徑(jing)通(tong)常為幾納(na)米(mi),探針通(tong)常由矽或(huo)氮化矽制(zhi)成。探針通(tong)過掃描(miao)樣品(pin)表(biao)面,在(zai)不同的(de)掃描(miao)位置(zhi)采集表面形貌(mao)數(shu)據(ju)。
2.力的(de)感(gan)應(ying):當(dang)探針靠近樣(yang)品表(biao)面時,會(hui)受(shou)到(dao)表(biao)面原子(zi)間力(如(ru)範德(de)華(hua)力、電(dian)荷作(zuo)用(yong)力等)的(de)影(ying)響。通(tong)過測量探針與(yu)樣品(pin)之間的(de)相(xiang)互(hu)作用力,可以(yi)獲(huo)得樣(yang)品表(biao)面的(de)三維信息(xi)。
3.反饋機制(zhi):AFM設(she)備(bei)使用反饋系(xi)統(tong)來維(wei)持探針與(yu)樣品(pin)表面之間的(de)恒(heng)定(ding)作(zuo)用力。通(tong)過控制(zhi)探針的(de)垂直位移,確保探針與(yu)樣品(pin)表面之間的(de)作(zuo)用(yong)力保持在(zai)壹個(ge)穩定(ding)的(de)範圍內(nei)。
4.圖像(xiang)生(sheng)成(cheng):掃描(miao)過程中,探針的(de)位(wei)移信息(xi)被實時記(ji)錄(lu)下(xia)來,通(tong)過計算(suan)機系(xi)統(tong)將(jiang)數(shu)據(ju)轉(zhuan)化為三維圖像(xiang)。圖像(xiang)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)可以(yi)達(da)到(dao)納(na)米(mi)級別(bie),甚至原子(zi)級(ji)別。
簡(jian)易型(xing)原子力顯微鏡(jing)的(de)特點(dian):
1.低(di)成(cheng)本(ben):傳統(tong)的(de)AFM需(xu)要(yao)高精度(du)的(de)機(ji)械裝置(zhi)、復雜的(de)光學(xue)系(xi)統(tong)及高性(xing)能的(de)探針控制(zhi)系(xi)統(tong),而簡(jian)易型(xing)AFM通(tong)常采用低成本的(de)組(zu)件,如(ru)簡(jian)化的(de)探針控制(zhi)系(xi)統(tong)和較(jiao)為簡(jian)單的(de)掃描(miao)方式,大(da)大(da)降(jiang)低了(le)制(zhi)造(zao)成本(ben)。
2.結(jie)構(gou)簡(jian)化:為了(le)降(jiang)低復雜度,簡(jian)易型(xing)AFM通(tong)常簡(jian)化了(le)設(she)備(bei)的(de)結(jie)構(gou)。例如(ru),簡(jian)易型(xing)AFM可能采用較(jiao)為簡(jian)單的(de)反饋機制(zhi),減少(shao)了(le)多余(yu)的(de)機(ji)械部分(fen),易(yi)於組(zu)裝和維(wei)護。
3.適(shi)用範圍廣(guang):簡(jian)易型(xing)AFM可以(yi)用(yong)於很(hen)多基礎(chu)科研(yan)及教育實驗中(zhong),尤其(qi)適(shi)合(he)預(yu)算(suan)有限(xian)的(de)研(yan)究(jiu)人員(yuan)和教學(xue)實驗室(shi)。這(zhe)類(lei)設(she)備(bei)的(de)設(she)計(ji)強(qiang)調(tiao)通(tong)用性(xing),能夠滿(man)足(zu)壹般的(de)表(biao)面形貌(mao)觀察(cha)需求(qiu)。
4.操(cao)作(zuo)簡(jian)便:簡(jian)易型(xing)AFM註(zhu)重用戶友好性,操(cao)作(zuo)界(jie)面更加(jia)直觀。很(hen)多(duo)簡(jian)易型(xing)AFM提(ti)供簡(jian)化的(de)掃描(miao)模式和自(zi)動(dong)化控制(zhi),降(jiang)低了(le)操(cao)作(zuo)難(nan)度。