原子力顯微鏡的其他工作

 

1、橫向力顯微鏡（LFM）

 

橫向力顯微鏡（LFM）是在原子力顯微鏡（AFM）表面形貌成像基礎上發展的新技術之一。工作原理與接觸模式的原子力顯微鏡相似。當微懸臂在樣品上方掃描時，由于針尖與樣品表面的相互作用，導致懸臂擺動，其擺動的方向大致有兩個：垂直與水平方向。一般來說，激光位置探測器所探測到的垂直方向的變化，反映的是樣品表面的形態，而在水平方向上所探測到的信號的變化，由于物質表面材料特性的不同，其摩擦系數也不同，所以在掃描的過程中，導致微懸臂左右扭曲的程度也不同，檢測器根據激光束在四個象限中，（A+C）-（B+D）這個強度差值來檢測微懸臂的扭轉彎曲程度。而微懸臂的扭轉彎曲程度隨表面摩擦特性變化而增減（增加摩擦力導致更大的扭轉）。激光檢測器的四個象限可以實時分別測量并記錄形貌和橫向力數據。

 

2、曲線測量

 

SFM除了形貌測量之外，還能測量力對探針-樣品間距離的關系曲線Zt（Zs）。它幾乎包含了所有關于樣品和針尖間相互作用的必要信息。當微懸臂固定端被垂直接近，然后離開樣品表面時，微懸臂和樣品間產生了相對移動。而在這個過程中微懸臂自由端的探針也在接近、甚至壓入樣品表面，然后脫離，此時原子力顯微鏡（AFM）測量并記錄了探針所感受的力，從而得到力曲線。Zs是樣品的移動，Zt是微懸臂的移動。這兩個移動近似于垂直于樣品表面。用懸臂彈性系數c乘以Zt，可以得到力F=c·Zt。如果忽略樣品和針尖彈性變形，可以通過s=Zt-Zs給出針尖和樣品間相互作用距離s。這樣能從Zt（Zs）曲線決定出力-距離關系F（s）。這個技術可以用來測量探針尖和樣品表面間的排斥力或長程吸引力，揭示定域的化學和機械性質，像粘附力和彈力，甚至吸附分子層的厚度。如果將探針用特定分子或基團修飾，利用力曲線分析技術就能夠給出特異結合分子間的力或鍵的強度，其中也包括特定分子間的膠體力以及疏水力、長程引力等。

 

3、納米加工

 

掃描探針納米加工技術是納米科技的核心技術之一，其基本的原理是利用SPM的探針－樣品納米可控定位和運動及其相互作用對樣品進行納米加工操縱，常用的納米加工技術包括：機械刻蝕、電致/場致刻蝕、浸潤筆（Dip-PenNano-lithography，DNP）等。