ab

Bagaimana untuk Memilih Mikroskop Daya Atom (AFM)?

Sejarah Ringkas Perkembangan Mikroskop

• Generasi pertama:Mikroskop Optik(dicipta pada abad ke-17)

• Generasi Kedua: Mikroskop Elektron (1932)

Pada tahun 1933, Ruska dan Knoll, Jerman: mikroskop elektron pengimbasan pertama (SEM), yang memerlukan vakum yang tinggi dan tidak dapat membezakan atom;
Mikroskopi elektron penghantaran (TEM), kajian vakum tinggi, pukal dan antara muka sampel lapisan nipis, harga tinggi;
Mikroskop elektron medan (FEM) dan mikroskop ion medan (FEM) mengesan struktur atom pada hujung r<100nm, dan penyediaan sampel adalah rumit;

• Generasi Ketiga: Mengimbas Mikroskopi Probe(SPM) (1982)

1982 IBM Zurich Laboratory dan Binnig Rohrer, jenis instrumen analisis permukaan baharu yang pertama - Scanning Tunneling Microscope (STM);
1986 Binnig, Quate dan Gerber mencipta mikroskop atom (AFM) pertama

Mikroskop Probe Imbasan (SPM) Berbanding Mikroskop Lain

Teknik analisis mikroskopik utama pada masa ini:

Generasi pertama:Mikroskop Optik(Termasuk Gangguan, Konfokal dan Holografi Digital)
Generasi kedua:Mikroskop Elektron(TerutamanyaSEMdanTEM)
Generasi Ketiga: Mengimbas Mikroskopi Probe(SPM)

Perbandingan Resolusi Tiga Generasi Mikroskop

Apa Itu Scanning Probe Microscopy (SPM)

Scanning Probe Microscope (SPM), adalah mikroskop generasi ketiga, seperti namanya, ia adalah pengimbasan + probe + mikroskop. Prinsip SPM adalah menggunakan probe untuk mengimbas permukaan sampel dengan garis raster, dan merekodkan ciri permukaan sampel dan mendapatkan imej dengan mengesan interaksi antara probe dan sampel.

Klasifikasi Mikroskop Probe Pengimbasan (SPM)

Mengikut perbezaan daya pengesanan antara probe dan sampel,Mengimbas Mikroskopi Probe (SPM)boleh dibahagikan kepada dua kategori iaituMengimbas Mikroskopi Terowong (STM), yang menggunakan arus untuk mengesan, danMikroskop Daya Atom (AFM), yang menggunakan daya yang berbeza untuk mengesan.

AFMjuga boleh dibahagikan kepada mikroskop daya magnet, mikroskop daya geseran, mikroskop daya sisi, mikroskop daya kimia, mikroskop daya elektrostatik dan jenis lain mengikut daya yang berbeza.

Perbezaan antaraSTMdanAFMaplikasi:

Scanning Tunneling Microscope (STM) digunakan terutamanya untuk kajian konduktor,
Mikroskopi Daya Atom (AFM) boleh digunakan bukan sahaja untuk kajian konduktor, tetapi juga untuk kajian bukan konduktor.

Kedalaman Medan, Penyediaan Sampel Mikroskop Berbeza

Kebaikan dan Keburukan Scanning Probe Microscope (SPM)

Sebagai alat mikroskop jenis baharu, SPM mempunyai kelebihan yang jelas berbanding dengan instrumen analisis mikroskop sebelumnya:

• SPM mempunyai resolusi yang sangat tinggi, seperti STM selari dan berserenjang dengan arah permukaan sampel boleh mencapai 0.1nm dan 0.01nm.

• SPM memperoleh imej 3D masa nyata, resolusi tinggi permukaan sampel, yang berbeza daripada beberapa instrumen analisis melalui kaedah tidak langsung atau pengiraan untuk menganggar struktur permukaan sampel.

• SPM membolehkan pemerhatian terus kecacatan permukaan, pembentukan semula permukaan, morfologi dan lokasi penjerap permukaan, dan pembentukan semula permukaan yang disebabkan oleh penjerap.

• Persekitaran penggunaan SPM adalah longgar, ia boleh berfungsi bukan sahaja dalam vakum, tetapi juga dalam atmosfera, suhu rendah, suhu biasa, suhu tinggi, dan juga dalam larutan.

• SPM tidak memerlukan teknik penyediaan sampel khas, dan proses pengesanan pada asasnya tidak berbahaya kepada sampel.

• Bersama-sama dengan pengimbasan spektroskopi terowong, maklumat tentang struktur permukaan boleh diperolehi, seperti ketumpatan keadaan pada tahap permukaan yang berbeza, perangkap elektron permukaan, perubahan dalam halangan potensi permukaan, dsb.

• Pada masa yang sama, SPM juga mempunyai beberapa kelemahan

• Kelajuan mengimbas. Oleh kerana prinsip kerjanya adalah untuk mengawal probe dengan kualiti tertentu untuk pengimejan pengimbasan, kelajuan pengimbasan adalah terhad, dan kecekapan pengesanan adalah lebih rendah daripada kaedah mikroskopi lain.

• Julat imbasan. Terhad oleh julat regangan seramik piezoelektrik, julat pengimbasan maksimum SPM adalah dalam julat puluhan hingga ratusan mikron.

• ketepatan kedudukan. Oleh kerana seramik piezoelektrik mempunyai julat gerakan yang kecil di bawah premis untuk memastikan ketepatan kedudukan, dan ketepatan pelarasan mekanikal tidak dapat disambungkan dengannya, ia tidak dapat mencapai zum berterusan berskala besar seperti mikroskop elektron, dan sukar untuk mengesan dan mencari ciri. struktur.

• Kekasaran permukaan sampel. Pengimbas piezoelektrik tiub digunakan secara meluas pada masa ini, dan julat regangan menegaknya ialah 1/10 daripada julat imbasan satah. Jika gelombang permukaan sampel yang akan diuji melebihi julat pengembangan dan pengecutan tiub pengimbasan, ia akan menyebabkan sistem tidak berfungsi atau malah merosakkan probe.

• Ketajaman jarum. Memandangkan sistem menyimpulkan topografi permukaan dengan mengesan trajektori gerakan probe apabila mengimbas sampel, lebar geometri, jejari kelengkungan dan anisotropi probe akan menyebabkan herotan imej.

Prinsip Asas Mikroskop Daya Atom (AFM)

Satu hujung julur, yang sangat sensitif kepada daya lemah, dibetulkan, dan hujung yang satu lagi mempunyai hujung jarum yang kecil. Hujung jarum bersentuhan ringan dengan permukaan sampel. Disebabkan oleh daya tolakan yang sangat lemah antara atom di hujung hujung jarum dan atom pada permukaan sampel, dengan mengawalnya semasa pengimbasan. Apabila daya malar, julur dengan hujungnya akan turun naik dalam arah yang berserenjang dengan permukaan sampel yang sepadan dengan isoplane daya antara hujung dan atom permukaan sampel. Menggunakan kaedah pengesanan optik atau kaedah pengesanan arus terowong, perubahan kedudukan mikrocantilever yang sepadan dengan setiap titik imbasan boleh diukur, supaya maklumat topografi permukaan sampel boleh diperolehi.

Komposisi & Gambarajah Kerja Mikroskop Daya Atom (AFM)

Sistem AFM mikroskop daya atom dibahagikan kepada empat bahagian: bahagian pengesanan daya, bahagian pengesanan kedudukan, sistem elektronik maklum balas, sistem pengimbasan piezoelektrik.

1. Cantilever Pengesanan Daya

Dalam sistem mikroskop daya atom (AFM), daya yang akan dikesan ialah daya van der Waals antara atom. Jadi dalam sistem ini, julur kecil (Cantilever) digunakan untuk mengesan perubahan daya antara atom. Cantilever kecil mempunyai spesifikasi tertentu, seperti: panjang, lebar, modulus anjal dan bentuk hujung, dan pemilihan spesifikasi ini adalah berdasarkan ciri-ciri sampel dan mod operasi yang berbeza, dan jenis probe yang berbeza dipilih.

2. Pengesan Foto Sensitif Kedudukan

Apabila hujung jarum berinteraksi dengan sampel, julur akan berayun, jadi apabila laser menyinari hujung julur, kedudukan cahaya yang dipantulkan juga akan berubah disebabkan oleh ayunan julur. , yang menghasilkan offset. Dalam keseluruhan sistem, pengesan kedudukan titik laser digunakan untuk merekodkan offset dan menukarnya menjadi isyarat elektrik untuk pengawal melakukan pemprosesan isyarat.

3. Sistem Elektronik Maklum Balas: Gelung Maklum Balas

Kawalan maklum balas AFM dilengkapkan oleh sistem komputer dan litar elektronik. Operasi AFM direalisasikan di bawah kawalan komputer berkelajuan tinggi dan berkuasa. Sistem kawalan mempunyai dua fungsi utama: (1) Menyediakan voltan pemacu untuk mengawal pengimbasan arah XY transduser piezoelektrik; (2) Kekalkan nilai malar bagi isyarat analog input daripada gelung pengesanan mikroskop dalam mod daya malar. Komputer membaca dan membandingkan voltan gelung (iaitu perbezaan antara nilai yang ditetapkan dan nilai yang diukur sebenar) melalui penukaran A/D. Mengikut nilai voltan yang berbeza, sistem kawalan secara berterusan mengeluarkan voltan yang sepadan untuk melaraskan pengembangan dan pengecutan sensor piezoelektrik ke arah Z untuk membetulkan sisihan yang dibaca ke dalam penukar A/D, dengan itu mengekalkan voltan keluaran gelung perbandingan tetap.
Sistem litar elektronik memainkan peranan untuk menyambungkan komputer dan sistem pengimbasan. Litar elektronik menyediakan voltan untuk tiub seramik piezoelektrik, menerima isyarat daripada peranti sensitif kedudukan, dan membentuk sistem maklum balas untuk mengawal jarak antara hujung jarum dan sampel.

4. Pengimbas Piezoelektrik

Kawalan tepat imbasan AFM sampel dicapai oleh pengimbas. Transduser piezoelektrik dipasang dalam pengimbas, dan peranti piezoelektrik mengawal dengan tepat kedudukan sampel atau probe dalam tiga arah X, Y dan Z.
Pada masa ini, bahan matriks pengimbas adalah terutamanya bahan seramik piezoelektrik yang diperbuat daripada titanat zirkonat plumbum [Pb(Ti,Zr)O3]. Seramik piezoelektrik mempunyai kesan piezoelektrik, iaitu, ia mempunyai ciri pengecutan apabila voltan digunakan, dan tahap pengecutan adalah berkadar dengan voltan yang digunakan. Seramik piezoelektrik boleh menukar isyarat voltan antara 1mV hingga 1000V kepada sesaran antara persepuluh nanometer hingga beberapa mikrometer.

Daya & Mod Kerja Mikroskop Daya Atom (AFM)

Terdapat beberapa daya interaksi yang berbeza antara hujung AFM dan sampel, yang disenaraikan dalam jadual berikut. Mengikut daya yang berbeza, AFM boleh dilanjutkan kepada pelbagai mod kerja: mod fasa, mod magnet, mod daya elektrostatik, rintangan lanjutan, daya sisi, modulasi daya, dsb.

Mod kerja AFM dikelaskan dalam bentuk daya antara probe dan sampel. Terdapat tiga mod pengendalian utama: Mod Kenalan, Mod Bukan Kenalan dan Mod Mengetik.

Mod Kenalan

Mod kenalan ialah mod pengimejan paling langsung AFM. Semasa keseluruhan proses pengimejan pengimbasan, hujung probe sentiasa bersentuhan rapat dengan permukaan sampel, dan daya interaksi antara keduanya ialah daya tolakan, dan magnitud daya berjulat dari 10-10 hingga 10-6N. Semasa pengimbasan, daya yang dikenakan oleh cantilever pada hujung mempunyai potensi untuk merosakkan struktur permukaan spesimen, oleh itu. Mod kenalan tidak sesuai untuk menguji sampel dengan permukaan lembut.

Kelebihan:Kelajuan imbasan pantas, satu-satunya mod yang boleh mendapatkan imej "peleraian atom".
Kelemahan:Daya sisi menjejaskan kualiti imej. Di udara, kerana tindakan kapilari lapisan cecair terjerap pada permukaan sampel, lekatan antara hujung jarum dan sampel adalah sangat besar. Daya gabungan daya sisi dan daya pelekat membawa kepada penurunan dalam resolusi spatial imej. Selain itu, menggaru sampel dengan hujung boleh merosakkan sampel lembut (seperti sampel biologi, polimer, dll.).

Mod Bukan Kenalan

Apabila permukaan sampel disiasat dalam mod bukan sentuhan, julur berayun pada jarak 5-10 nm di atas permukaan sampel. Pada masa ini, interaksi antara sampel dan hujung jarum dikawal oleh daya van der Waals, biasanya 10 - 12 N, sampel tidak akan dimusnahkan, dan hujung jarum tidak akan tercemar, terutamanya sesuai untuk mengkaji permukaan. daripada objek lembut. Kelemahan mod operasi ini adalah sangat sukar untuk mencapai mod ini dalam suasana suhu bilik. Kerana lapisan nipis air tidak dapat tidak terkumpul di permukaan sampel, ia mewujudkan jambatan kapilari kecil antara sampel dan hujung, menarik hujung dan permukaan bersama-sama, meningkatkan tekanan hujung terhadap permukaan.

Kelebihan:Tiada daya bertindak pada permukaan sampel.
Kelemahan:Biasanya hanya digunakan untuk sampel yang sangat takut air. Kerana hujung jarum dipisahkan daripada sampel, resolusi sisi adalah rendah; untuk mengelakkan sentuhan dengan lapisan penjerapan dan menyebabkan hujung jarum melekat, kelajuan pengimbasan adalah lebih rendah daripada Mod Tapping dan Mod Sentuhan AFM, dan lapisan cecair penjerapan pada permukaan sampel mestilah sangat nipis, jika terlalu tebal, hujung jarum Boleh tenggelam ke dalam lapisan cecair, menyebabkan ketidakstabilan maklum balas dan menggaru sampel.

Mod Mengetik

Mod mengetik adalah antara mod kenalan dan mod bukan kenalan, yang merupakan konsep hibrid. Cantilever berayun pada frekuensi resonansnya di atas permukaan sampel dan hujungnya hanya menyentuh/mengetuk permukaan sampel secara ringkas dan berkala. Ini bermakna daya sisi yang dijana oleh hujung yang menghubungi sampel berkurangan dengan ketara. Oleh itu, mod penorehan AFM adalah salah satu pilihan terbaik apabila mengesan sampel tender. Sebaik sahaja AFM mula imej dan mengimbas sampel, peranti kemudiannya akan memasukkan data yang berkaitan ke dalam sistem, seperti kekasaran permukaan, ketinggian purata, jarak maksimum antara puncak dan lembah, dsb., untuk analisis permukaan objek. Pada masa yang sama, AFM juga boleh menyelesaikan kerja pengukuran daya, mengukur tahap lentur julur untuk menentukan daya antara hujung dan sampel.

Kelebihan:Pengaruh daya sisian dihapuskan dengan baik, daya yang disebabkan oleh lapisan cecair penjerapan dikurangkan, dan resolusi imej adalah tinggi. Ideal untuk melihat sampel yang lembut, rapuh atau melekit tanpa merosakkan permukaan.
Kelemahan:kelajuan pengimbasan yang lebih perlahan daripada mod kenalan.

Kawasan Aplikasi Mikroskop Daya Atom (AFM)

Sains Bahan:Morfologi permukaan, kekasaran, sifat mekanikal, sifat elektrik tempatan, dsb. bahan mikro-nano, terutamanya termasuk logam, aloi, filem nipis, kristal, seramik, polimer, bahan komposit, dsb.;

Semikonduktor dan mikroelektronik:Struktur 3D permukaan cip atau wafer, kekasaran, pengesanan kecacatan, sifat elektrik tempatan, dsb.;

Biologi dan perubatan:DNA, protein, sel, virus, pengimejan dan penyelidikan makromolekul biologi in situ, dsb.;
Fizik dan Kimia: Mengesan struktur atom permukaan bahan, mengkaji daya interaksi antara atom, tindak balas kimia permukaan, memerhatikan perubahan tahap atom bagi tindak balas kimia, dsb.;

Pendidikan pengajaran nano:pengajaran nanoteknologi, memerhati struktur nano pada permukaan bahan, mempelajari pengetahuan teori asas nanometer, dan memupuk minat pelajar dalam penyelidikan saintifik, dsb.

Kelebihan Mikroskop Daya Atom (AFM)

• AFM boleh melakukan pengimejan tiga dimensi, dan mempunyai resolusi yang sangat tinggi dalam kedua-dua arah sisi dan menegak, yang boleh mencapai 0.2 nm dalam arah sisi dan 0.05 nm dalam arah menegak;

• AFM memperoleh imej tiga dimensi sebenar masa nyata permukaan sampel, yang berbeza daripada beberapa instrumen analisis yang menyimpulkan struktur permukaan sampel melalui beberapa algoritma perisian;

• AFM tidak mempunyai sebarang sekatan pada pemantulan dan kekonduksian sampel yang diperhatikan. Ia boleh mengukur sampel konduktif, sampel bukan konduktif dan sampel biologi.

• Persekitaran penggunaan AFM adalah longgar, ia boleh berfungsi bukan sahaja dalam vakum, tetapi juga dalam atmosfera, suhu rendah, suhu biasa, suhu tinggi, dan juga dalam larutan;

• AFM tidak memerlukan teknologi penyediaan sampel khas, dan proses pengesanan pada dasarnya tidak merosakkan sampel;

• Selain memerhatikan morfologi tiga dimensi, kekasaran, saiz zarah, ketebalan filem, kecacatan permukaan, dll. permukaan sampel, AFM juga boleh mengesan sifat mekanikal, elektrikal dan haba bahan mikroskopik.

• Model Mikroskop Daya Atom Opto-Edu (AFM).

A64.4500 Tahap Pengajaran, Mikroskop Daya Atom (AFM)

Tahap Pengajaran Reka bentuk pengawal & badan utama yang berasingan, dengan Mod Ketik, Objektif 4x, model ekonomi untuk pengajaran.

◆ Reka bentuk kecil dan boleh tanggal, sangat mudah dibawa dan diajar

◆ Kepala pengesanan laser dan peringkat pengimbasan sampel disepadukan, strukturnya sangat stabil, dan anti-gangguan kuat

◆ Peranti kedudukan probe ketepatan, pelarasan penjajaran titik laser adalah sangat mudah

◆ Sampel pemacu paksi tunggal secara automatik menghampiri probe secara menegak, supaya hujung jarum berserenjang dengan imbasan sampel

◆ Kaedah penyusuan jarum pintar pengesanan automatik seramik piezoelektrik bertekanan motor yang dikawal melindungi probe dan sampel

◆ Kedudukan optik automatik, tidak perlu fokus, pemerhatian masa nyata dan kedudukan kawasan pengimbasan sampel probe

◆ Kaedah kalis kejutan suspensi spring, mudah dan praktikal, kesan kalis kejutan yang baik

◆ Editor pengguna pembetulan tak linear pengimbas bersepadu, pencirian nanometer dan ketepatan ukuran lebih baik daripada 98%

Klik untuk melihat butiran A62.4500

A62.4501 Tahap Asas, Mikroskop Daya Atom (AFM)

Tahap Asas, Pengawal berasingan & reka bentuk badan utama, dengan Mod Kenalan, Mod Mengetik, Objektif 4x.

1. Siasatan pengimbasan dan peringkat sampel disepadukan, dan keupayaan anti-gangguan adalah kuat;

2. Peranti penentu kedudukan laser dan probe ketepatan, ia adalah mudah dan mudah untuk menggantikan probe dan melaraskan tempat;

3. Gunakan kaedah probe menghampiri sampel, supaya hujung jarum adalah berserenjang dengan pengimbasan sampel;

4. Kawalan nadi automatik motor memacu sampel untuk mendekati probe secara menegak untuk mencapai kedudukan tepat kawasan imbasan;

5. 4X kedudukan optik kanta objektif, tidak perlu fokus, pemerhatian masa nyata dan kedudukan kawasan imbasan sampel probe;

6. Kaedah kalis kejutan suspensi spring adalah mudah dan praktikal, dan mempunyai keupayaan anti-gangguan yang kuat.

Klik untuk melihat butiran A62.4501

A62.4503 Tahap Penyelidikan, Mikroskop Daya Atom (AFM), Reka Bentuk Semua-dalam-Satu

Tahap Penyelidikan, Pengawal gabungan & reka bentuk badan utama, dengan Mod Kenalan, Mod Mengetik, Objektif 10x.

1. Siasatan pengimbasan dan peringkat sampel disepadukan, dan keupayaan anti-gangguan adalah kuat;

2. Peranti penentu kedudukan laser dan probe ketepatan, ia adalah mudah dan mudah untuk menggantikan probe dan melaraskan tempat;

3. Gunakan kaedah probe menghampiri sampel, supaya hujung jarum adalah berserenjang dengan pengimbasan sampel;

4. Pengimbas seramik piezoelektrik berketepatan tinggi dan berskala besar boleh dipilih mengikut ketepatan yang berbeza dan keperluan julat pengimbasan;

5. Kedudukan optik lensa objektif 10X APO, tidak perlu fokus, pemerhatian masa nyata dan kedudukan kawasan imbasan sampel siasatan;

6. Kaedah kalis kejutan suspensi spring adalah mudah dan praktikal, dan mempunyai keupayaan anti-gangguan yang kuat.

Klik untuk melihat butiran A62.4503

A62.4505 Optik + Mikroskop Daya Atom

Mikroskop optik gabungan + AFM All-in-One, A62.4505 mempunyai Pelan Infiniti LWD APO objektif 5x10x20x50x, Eyepiece 10x, Kamera Digital 5.0M, Monitor LCD 10" dengan fungsi mengukur, pencahayaan kohler LED untuk menonton sampel di bawah kedua-dua mod optik & Mod AFM.

1. Reka bentuk bersepadu mikroskop optik dan mikroskop daya atom, kawalan fotoelektrik bersepadu;

2. Ia mempunyai kedua-dua fungsi pengimejan mikroskop daya optik dan atom, kedua-duanya boleh diimbas dan diimej pada masa yang sama tanpa menjejaskan satu sama lain;

3. Pada masa yang sama, ia mempunyai fungsi pengukuran dua dimensi optik dan pengukuran tiga dimensi mikroskop daya atom;

4. Reka bentuk laluan optik menegak diguna pakai, dan pemegang probe dwi-tujuan gas-cecair boleh digunakan dalam udara atau cecair pada masa yang sama;

5. Sistem penentududukan optik pembesaran tinggi digunakan untuk mencapai kedudukan tepat kuar dan kawasan pengimbasan sampel;

6. Kaedah pelarasan titik laser mudah alih boleh memerhati dan melaraskan tempat dalam masa nyata melalui tetingkap CCD optik;

7. Dilengkapi dengan meja penyerap kejutan pneumatik, yang mempunyai keupayaan anti-gangguan yang kuat dan tidak menjejaskan operasi instrumen;

Klik untuk melihat butiran A62.4505

Mikroskop Daya Atom (AFM) Jenis Gantry Opto-Edu

A62.4510 Probe Scanning Atomic Force Microscope

A62.4511 Mikroskop Daya Atom Pengimbasan Satah

A62.4510 + Peringkat Pengimbasan Anjakan Piezoelektrik =A62.4511

◆Mikroskop daya atom pertama di China untuk memastikan sampel diam dan probe bergerak serta mengimbas;

◆Yang pertama di China menggunakan pengimbas anjakan tekanan bebas tiga paksi gelung tertutup, yang boleh mengimbas dengan ketepatan tinggi dalam julat yang luas;

◆Saiz dan berat sampel pada asasnya tidak terhad, terutamanya sesuai untuk pengesanan sampel besar; kawasan sampel yang menarik;

◆Gantri reka bentuk kepala pengimbasan, asas marmar, peringkat penjerapan vakum;

◆Kaedah penyusuan jarum pintar dengan pengesanan automatik seramik piezoelektrik dikawal motor untuk melindungi probe dan sampel;

◆Pendudukan optik automatik, tidak perlu melaraskan fokus, pemerhatian masa nyata dan kawasan pengimbasan sampel kuar kedudukan;

◆Dilengkapi dengan perisai logam tertutup, meja penyerap kejutan pneumatik, keupayaan anti-gangguan yang kuat;

◆Editor pengguna pembetulan tak linear pengimbas bersepadu, pencirian nanometer dan ketepatan pengukuran adalah lebih baik daripada 98%.

Klik untuk melihat butiran A62.4510
Klik untuk melihat butiran A62.4511

Contoh Gambar Mikroskop Daya Atom (AFM)