扫描力显微镜的操作原理(SFM)

扫描力显微镜(SFM)不仅可以用作地形采集的工具,而且还可用于生产样品的表面或材料特性的空间分辨地图;这些包括电荷密度,粘附和刚度,以及打破特定IgAn-受体键所需的力。SFM也可用作力谱仪测量力的工具,作为距离的函数。对于振荡轴尖 - 样品可以影响悬臂振荡 - 振幅,频率,相位,耗散等的其他一些特征。相应地依赖于尖端样本距离时这些特性也可以被视为光谱数据。

力 - 距离曲线

力在一个SFM通过收集力曲线,其是悬臂偏转,DC的曲线图,作为沿Z轴的样品位置的函数(即朝向或远离探针尖端; Z-PIDOZO位置)。它假设力量,F和悬臂偏转之间的简单关系(即胡克的法律):

F = - k dc

其中k是悬臂的弹簧常数。

解释SFM力曲线

SFM力曲线的解释几乎完全依赖于已建立的力定律,特别是那些使用SFA确定的定律。这些力定律将力描述为探针-样品分离距离(D)的函数,而不是z-压电位置的函数。因此,为了有用,力曲线必须转换成力作为距离F(D)函数的描述。然而,电流SFMs没有一个独立的D的度量,相反,D的转换是通过从z-压电运动减去悬臂挠度来实现的。

对于一个非常硬的表面,零分离被定义为在力曲线中悬臂梁的挠度与样品的运动耦合为1:1的区域;这在力曲线中以单位斜率的直线出现。修正后的曲线称为力-距离曲线。注意,用这种方法确定D需要针尖与样品接触。在实践中,有两个因素(长程力和样品弹性)可以使确定接触点非常困难。完整的力曲线包括当探针接近样品并缩回到其起始位置时所测得的力。

粘附力成像

在环境条件下,粘附的主要来源是在针尖和样品之间形成毛细管桥。在空气中,大多数样品的表面有几纳米的水吸附;水层沿着针尖向上,在针尖和样品之间形成一座“桥”。把尖端从桥上拉出来需要很大的力来克服表面张力。在流体中,粘附力取决于针尖与样品表面之间的界面能和溶液;因此,改变溶液可以改变粘附力。

当在AFM尖端和基板之间捕获聚合物时,会发生不同形式的“粘合”。在这种情况下,由于尖端被拉开,存在非常独特的“粘合剂”力。通常,这些曲线最初回缩表面附近的接近曲线,但远离表面,表现出光滑的负偏转,因为聚合物被拉伸直至其从尖端或基板中断或拆卸,并且悬臂返回到零偏转线。如果多个聚合物分子连接到尖端和基板,则可以观察到锯齿图案作为单独的聚合物分离。

幅度距离曲线

幅度调制(间歇性接触、半接触)模式是一种广泛存在的振荡模式,一般可以用幅值、相位、频率和耗散在彼此或悬臂-样本距离上的关系来解释和描述。

根据以下情况,需要研究这种依赖性。首先,它涉及获得高级图像(没有噪声和高分辨率)。然后,对合适的依赖性的研究可以有助于确定尖端样品相互作用的性质,限定包括在该相互作用和形成SPM图像中的压力。最后,对合适的曲线的研究可以有助于在调查中获得更多对比的样本和定量参数。

在幅度调制模式图像中获得的是由与样本相关的因素的行确定以及测量条件和扫描参数的值。

对于幅度调制模式的解释结果,使用一个可以研究振荡幅度的依赖性尖端样本距离。合适的幅度(A-D)曲线(其典型的视图可以在动画图片上看到)可以是单调的或可以具有双稳态和滞后的区域。双稳态的存在(如在同一幅度上所示)导致在幅度调制模式下获得的图像上的伪影产生。

双稳态的起源在于同时共存振荡,主要是吸引力或主要是排斥潜力的可能性。

当在初始区域悬臂刚度大于潜在的衍生物并且潜在的衍生物的初始区域悬臂刚度大于潜在的衍生物的潜在衍生物的复杂形状也可以出现在尖端 - 样本电位的复杂形状。利用悬臂振荡设定点振幅的合适选择,尖端的刚度,尖端的锐度可以达到在患有双空性的调查区域的所有样品表面上的条件。

频率距离曲线

分析测量到的频移与距离曲线,可以确定针尖-样品力的距离依赖性。分析结果表明,动态力谱不仅可以定量地测量非接触力,而且可以定量地测量弹性接触力,这为验证接触力学模型开辟了一条新的直接途径纳米积。

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