實驗原理

AFM是SPM家族中應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的表面觀察與研究工具之一。其工作原理基于原子之間的相互作用力。當(dāng)一根十分尖銳的微探針在縱向充分逼近樣品表面至數(shù)納米甚至更小間距時，微探針尖端的原子和樣品表面的原子之間將產(chǎn)生相互作用的原子力。原子力的大小與間距之間存在一定的曲線關(guān)系。在間距較大的起始階段，原子力表現(xiàn)為引力，隨著間距的進一步減小，由于價電子云的相互重疊和兩個原子核的電荷間的相互作用，原子力又轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為排斥力。這種排斥力隨著間距的縮短而急劇增大。AFM正是利用原子力與間距之間的這些關(guān)系，通過檢測原子間的作用力而獲得樣品表面的微觀形貌的。

儀器概述

AFM采用對微弱力極其敏感的微懸臂作為力傳感器──微探針。微懸臂一端固定，另一端置有一與微懸臂平面垂直的金字塔狀微針尖。當(dāng)針尖與樣品之間的距離逼近到一定程度時，兩者間將產(chǎn)生相互作用的原子力，其中切向力（摩擦力）Ft使微懸臂扭曲，法向（縱向）力Fn將推動微懸臂偏轉(zhuǎn)。我們所關(guān)心的主要是縱向力Fn，它與針尖──樣品間距成一定的對應(yīng)關(guān)系，即與樣品表面的起伏具有對應(yīng)關(guān)系。微懸臂的偏轉(zhuǎn)量十分微小，無法進行直接檢測，采用光學(xué)方法將偏轉(zhuǎn)量放大，可推知微懸臂偏轉(zhuǎn)量（即原子力）的大小，最終獲得樣品表面的微觀形貌。

儀器特點

特有的臥式探頭

臥式AFM探頭設(shè)計，使原子力作用方向與重力方向垂直而互不干擾；降低了探頭的整體重心；克服了原有粗調(diào)與微調(diào)逼近機構(gòu)的垂直蠕動；具有獨特的臥式可視化光路。探頭及儀器性能更加穩(wěn)定和優(yōu)越。

穩(wěn)定的三軸壓電掃描器

采用互相正交的三軸壓電陶瓷掃描控制器，X、Y、Z三軸壓電陶瓷之間互不耦合，可保證掃描圖像不因耦合而失真；掃描器具有更好的掃描線性和獨立性、更高的強度和剛度，兼具更強的掃描驅(qū)動力，能同時適用于較小與較大、較輕與較重樣品的掃描成像。

優(yōu)化的檢測與控制系統(tǒng)

采用優(yōu)化的微納米掃描與反饋控制電路系統(tǒng)，配以多路高精度A/D&D/A控制接口，可獲得更高的掃描分辨率、更好的重復(fù)性和更佳的圖像質(zhì)量。

完善的軟件界面與功能

功能強大、界面友好，可適用于Windows XP/Win7/Win8/Win10等操作系統(tǒng)。一般操作者均可輕松而熟練地掌握，只需點擊鼠標，即可完成從圖像掃描到圖像處理及數(shù)據(jù)信息計算的全部操作。可用鼠標任意選擇局部掃描區(qū)域，實現(xiàn)圖像平移、定位和縮放；可設(shè)定掃描次數(shù)并自動控制掃描停止；具有實現(xiàn)X、Y方向的面掃描和線掃描的功能；可獲得樣品表面的納米級三維形貌結(jié)構(gòu)和截面線；高質(zhì)量的彩色/黑白平面圖像顯示與三維立體圖像顯示；具有圖像的二維和三維納米標尺標注功能及粒徑測量功能；具備納米級表面微觀粗糙度的統(tǒng)計及計算功能；可精確測定樣品表面的微納米級臺階高度和深度；完善的圖像處理功能，包括裁剪、粘貼、旋轉(zhuǎn)、對比調(diào)節(jié)、亮度調(diào)節(jié)、顏色調(diào)整、背景色調(diào)整、圖像平滑、濾波等。

簡單便捷的儀器操作

AFM的操作十分簡單和便捷，一般操作人員即可完成，無需專人操作和維護。安裝探針、安裝樣品、粗調(diào)和微調(diào)進樣、圖像掃描、圖像存儲等操作，均可在1分鐘內(nèi)完成。特別適用于科學(xué)研究、教學(xué)實驗及產(chǎn)品檢測。

高穩(wěn)定性與抗干擾能力

AFM既可在良好的實驗條件下完美工作，也可在有一般實驗室、普通桌面、有輕微振動、有環(huán)境干擾、有光照等條件下正常運作，快速掃描觀察各種微納米樣品，獲得理想的圖像和微納米結(jié)構(gòu)信息。具備更好的穩(wěn)定性和抗震性，更強的抗（光、電、磁等）干擾能力，更快的掃描速度（最快1幅圖像/1~6秒，作為對比，進口儀器的掃描速率一般為1幅圖像/10~20分鐘甚至更慢）。

高適用性廣泛應(yīng)用領(lǐng)域

可同時適用于科學(xué)研究、本科生和研究生的教學(xué)實驗及納米技術(shù)產(chǎn)品的檢測，廣泛適用于各種金屬/非金屬、導(dǎo)體/非導(dǎo)體、磁性/非磁性材料樣品的掃描檢測。對被測材料樣品無特殊要求，免去繁瑣的樣品制備過程，可直接掃描獲得微納米結(jié)構(gòu)信息。

實驗內(nèi)容與典型實驗數(shù)據(jù)

部分掃描測試樣品的AFM圖像

部件列表