联系模式和 TappingMode 基本强制显微学根本性

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联系模式 AFM
TappingMode AFM
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基本强制显微学 (AFM)是用于的技术分析表面在非常高分辨率。 被带领进入与这个范例的几乎接近分析锋利的探测。 探测和范例然后被移动相对彼此在光栅模式,并且数量被评定在谨慎地点 (象素) 的一个序列方式。 图 1 在 AFM 系统显示探测的概要。

悬臂式技巧集合的图 1. 用于 AFM 的概要。

技巧和范例表面之间的交往通过监控附上悬臂的自由末端的位移评定。 有完成此的几个模式。 悬臂的固定的末端可以是展开的或者静态或在启动动态想象模式的一个小的致动器。 悬臂式/探测是一个被修改的古典闭环反馈系统的一部分在其运算时 (参见图 2)。

图 2. 控制在 AFM 的反馈环路的结构图交往强制。

通过悬臂式位移传感器被评定的技巧范例交往是这个外部干扰。 用户输入取决于这个大小,这个调整点值。 在常规 AFM 调整点表示想象强制。 期望调整点通过处理发生的错误调整点和实际值之间的信号 (或区别认识到) 由驱动 (PID) z 压力使错误信号减到最小的按比例集成微分反馈管理员。

联系模式 AFM

联系模式是不仅最容易的 AFM 模式要了解的,而且另外的模式的根本基本类型作为扫描电容模式 (SCM)、扫描扩展电阻模式 (SSRM)等等。 一个典型的 AFM 悬臂在表 3. 显示。

悬臂的图 3. 技巧范例强制造成的偏折

这根杠杆的小的 (有角) 如图 4. 所显示,移动由被反射悬臂并且处理在已分解光电探测器上的激光通常评定。

图 4. 光源、悬臂和重新召集轻杠杆 AFM 检测系统的基本成分的照片探测器概要。

强制距离曲线是解释联系模式的基本的 AFM 运算。 强制曲线的概要在表 5. 表示。

图 5. 强制距离曲线。 这个途径 (红色) 和在右边提取 (蓝色) 曲线显示。 注意总联络强制依靠黏附力以及应用的负荷。

在他们自己的强制曲线显示各种各样的范例属性,例如黏附力和标准。 强制数量想象模式在对强制曲线的象素由象素分析基础上。 但是它不使用的经常归结于其慢速。 最一般强制曲线是与任何 SPM 想象的表单的组合 “点和射击”方式。

保留调整点常数,当光域扫描相对这个的技巧和的范例,联系模式想象进行时。 这里这个缺点是在这个范例施加的这个侧力可以相当高。 这可能导致范例故障或相对地松散附上对象的移动。 对该问题的一个解决方法将摆动悬臂在想象期间,导致 TappingMode 想象。

TappingMode AFM

问题的有在悬臂和表面非常高侧向解决方法之间的高侧向强制可以由有只短时间解决技巧接触表面,因而避免侧力和阻力的问题在表面间。 因此此模式指 TappingMode AFM

悬臂的一条典型的响应曲线在表典型的 TappingMode 运算进行使用调幅检测与封锁行动放大器的 6. 显示。

图 6. 一个 TappingMode 悬臂的共鸣曲线在和接近表面上。 注意共鸣转移降低频率并且陈列在高度的下落。

直接强制没有在 TappingMode 被评定。 在图显示的曲线 7 上通过添加短程排斥和远程吸引力修建。

图 7. 显示一个摆动的悬臂的行动的强制曲线在 TappingMode。

强制曲线或直接强制在这个技巧和这个范例之间没有由 TappingMode AFM 实际上评定,当体验交往时。 TappingMode AFM 摆动 反复 在 此 曲线 , 配合 , 不用 在 强制 和 许多 交往 仅 一 种 平均 回应 的 直接 控制 中 , 虽然 封锁 行动 放大器 报告 。

当这个技巧和范例互相处理时,悬臂式高度的减少可以被评定。 虽然这不是不利的,它制约在可以被获取和毫不含糊地被分配到某一范例属性的范例地势之外的信息。

在 TappingMode 运算的本能上不稳定的反馈情形使难自动化某些扫描调整。 当去远离一种稳定情形时,强制可能变化。 越高技巧高度,越高在想象强制存储的在杠杆和能源。 漂移由于温度变化并且/或者液面更改影响在流体的运算。

调整反馈系统达到从 AFM 的可靠信息是重要的。 因为 TappingMode 有复杂摆动的系统,联系模式扫描比 TappingMode 扫描可以更加容易地被控制。

当过去尝试被做了在 TappingMode 时自动地调整想象参数,没有范例的清楚的范围的其他证明的方法通常学习与 AFMs,因为 TappingMode 运行以悬臂式谐振频率,悬臂式动力是相对地复杂的。

开发的动力严格取决于范例属性。 因为参数的优化这个范例的每个部分的是非常困难的,这个范例的困难部分的反馈动摆可能由这个范例的软的部分的一个调整的反馈环路也造成。 而且,很长时间常数 (毫秒) 悬臂式共鸣也防止瞬间优化在每想象点。 联系模式想象直接力控制和可用的信息因而被添加的在 TappingMode 丢失。 TappingMode,然而,任意提供侧力想象的不容置疑的福利,迄今做它在 AFM 的统治想象模式。

关于 Bruker

Bruker 纳诺 表面 提供 从 他们 的 稳健 设计 和 易用 的 其他 商业 可用 的 系统 引人注意 , , 维护 最 高 分辨率 的 基本 强制 显微镜 / 扫描 探测 显微镜 (AFM/SPM ) 产品 。 NANOS 评定的题头,是所有我们的仪器的一部分,使用评定的悬臂式偏折一台唯一光导纤维的干涉仪,如此做设置协定它大于一个标准研究显微镜目的没有。

此信息是来源,复核和适应从 Bruker 纳诺表面提供的材料。

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Comments

  1. Leila Pasha Leila Pasha United States says:

    Hi , i'm looking a mode that tip doesn't probe the surface.
    i want to measure adhesion force in just one point of surface and i don't need and image. but i don't know how to do that

    • Pankaj Pardeshi Pankaj Pardeshi India says:

      Hi,
      For adhesion force measurement by AFM following paper will definitely help you
      Environ. Sci. Technol., 2004, 38 (17), pp 4683–4693

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