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原子力显微镜中微悬臂的设计有哪些用途?

点击次数:144 发布时间:2022-10-20
   原子力显微镜作为人类眼睛的延伸,像一个精细的触手,细致地捕获纳米材料的形貌、机械性能、电磁学性能等等属性,使这个微乎其微的领域直观地展现在我们眼前,为我们更深更广地认识纳米材料提供了有力帮助。
  在原子力显微镜(AFM)的系统中,所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在系统中是使用微悬臂来检测原子之间力的变化量。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。这微小悬臂有一定的规格,例如长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状,而这些规格的选择是依照样品的特性,以及操作模式的不同,而选择不同类型的探针。
  在科研实验中,为得到更真实更高分辨率的样品表面形貌,就要提高原子力显微镜的灵敏度,使原子力显微镜能够准确地接收到针尖与样品表面之间微弱的相互作用力的变化,微悬臂的设计就要满足以下条件:
  1.原子力显微镜使很小的力就可以产生可观测的位移,所以微悬臂要拥有较低的力学弹性系数;
  2.较高的力学共振频率;
  3.针尖与样品表面的摩擦不会使它发生弯曲,所以要拥有高的横向刚性;
  4.微悬臂长度尽可能短;
  5.微悬臂带有能够通过光学、电容或隧道电流方法检测其动态位移的镜子或电极;
  6.针尖尽可能尖锐,末端的直径一般只有十几个纳米。
  微悬臂和针尖的不断改进发展的过程,实际上是促进了原子力显微镜的发展。
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