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原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。原子力顯微鏡利用微懸臂感受和放大懸臂上尖細(xì)探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測的目的，具有原子級的分辨率。
原子力顯微鏡的工作模式是以針尖與樣品之間的作用力的形式來分類的，其工作模式主要接觸模式(contact mode)、非接觸模式(non - contact mode)和敲擊模式(tapping mode)三種。
接觸模式
從概念上來理解，接觸模式是AFM最直接的成像模式。AFM 在整個(gè)掃描成像過程之中，探針針尖始終與樣品表面保持緊密的接觸，而相互作用力是排斥力。掃描時(shí)，懸臂施加在針尖上的力有可能破壞試樣的表面結(jié)構(gòu)，因此力的大小范圍在10 - 10～10 - 6 N。若樣品表面柔嫩而不能承受這樣的力，便不宜選用接觸模式對樣品表面進(jìn)行成像。
非接觸模式
非接觸模式探測試樣表面時(shí)懸臂在距離試樣表面上方5～10 nm 的距離處振蕩。這時(shí)，樣品與針尖之間的相互作用由范德華力控制，通常為10 - 12 N ，樣品不會(huì)被破壞，而且針尖也不會(huì)被污染，特別適合于研究柔嫩物體的表面。這種操作模式的不利之處在于要在室溫大氣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)這種模式十分困難。因?yàn)闃悠繁砻娌豢杀苊獾貢?huì)積聚薄薄的一層水，它會(huì)在樣品與針尖之間搭起一小小的毛細(xì)橋，將針尖與表面吸在一起，從而增加其對表面的壓力。
敲擊模式
敲擊模式介于接觸模式和非接觸模式之間，是一個(gè)雜化的概念。懸臂在試樣表面上方以其共振頻率振蕩，針尖僅僅是周期性地短暫地接觸/ 敲擊樣品表面。這就意味著針尖接觸樣品時(shí)所產(chǎn)生的側(cè)向力被明顯地減小了。因此當(dāng)檢測柔嫩的樣品時(shí)，AFM的敲擊模式是很好的選擇之一。一旦AFM開始對樣品進(jìn)行成像掃描，裝置隨即將有關(guān)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰頂之間的最大距離等，用于物體表面分析。同時(shí)，AFM 還可以完成力的測量工作，測量懸臂的彎曲程度來確定針尖與樣品之間的作用力大小。
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