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實驗原理 AFM是SPM家族中應用領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。當一根十分尖銳的微探針在縱向充分逼近樣品表面至數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系。在間距較大的起始階段，原子力表現為引力，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，原子力又轉而表現為排斥力。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。當針尖與樣品之間的距離逼近到一定程度時，兩者間將產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。我們所關心的主要是縱向力Fn，它與針尖──樣品間距成一定的對應關系，即與樣品表面的起伏具有對應關系。微懸臂的偏轉量十分微小，無法進行直接檢測，采用光學方法將偏轉量放大，可推知微懸臂偏轉量（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；克服了原有粗調與微調逼近機構的垂直蠕動；具有獨特的臥式可視化光路。探頭及儀器性能更加穩定和優越。   穩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。   優化的檢測與控制系統 采用優化的微納米掃描與反饋控制電路系統，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、更好的重復性和更佳的圖像質量。   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。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據信息計算的全部操作。可用鼠標任意選擇局部掃描區域，實現圖像平移、定位和縮放；可設定掃描次數并自動控制掃描停止；具有實現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構和截面線；高質量的彩色/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、對比調節、亮度調節、顏色調整、背景色調整、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、粗調和微調進樣、圖像掃描、圖像存儲等操作，均可在1分鐘內完成。特別適用于科學研究、教學實驗及產品檢測。   高穩定性與抗干擾能力 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構信息。具備更好的穩定性和抗震性，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）。   高適用性廣泛應用領域 可同時適用于科學研究、本科生和研究生的教學實驗及納米技術產品的檢測，廣泛適用于各種金屬/非金屬、導體/非導體、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構信息。   實驗內容與典型實驗數據 部分掃描測試樣品的AFM圖像   部件列表 描述 數量 原子力顯微鏡探頭 1 控制機箱 1 直流高壓電源 1 A/D&D/A控制接口卡 1 AFM微探針 15組60 tips USB光學顯微鏡 1 一體機, 含AFM掃描控制軟件 1 樣品 5 剪刀、鑷子、啟子、放大鏡等工具 1

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原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。 原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運動檢測裝置，監控其運動的反饋回路，使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機控制的圖像采集、顯示及處理系統組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學方法或光束偏轉法、干涉法等光學方法檢測，當針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。

項目簡介 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)，是一種可用來研究包括絕緣體在內的固體材料表面結構的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質的表面結構及性質。將一對微弱力極端敏感的微懸臂一端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時它將與其相互作用，作用力將使得微懸臂發生形變或運動狀態發生變化。掃描樣品時，利用傳感器檢測這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級分辨率獲得表面形貌結構信息及表面粗糙度信息。原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運動檢測裝置，監控其運動的反饋回路，使樣品進行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計算機控制的圖像采集、顯示及處理系統組成。微懸臂運動可用如隧道電流檢測等電學方法或光束偏轉法、干涉法等光學方法檢測，當針尖與樣品充分接近相互之間存在短程相互斥力時，檢測該斥力可獲得表面原子級分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級水平。AFM 測量對樣品無特殊要求，可測量固體表面、吸附體系等。a 傳統的商業CAFM 針尖圖  b 覆蓋有石墨烯層的CAFM 針尖應用范圍原子力顯微鏡(AFM) 在許多基礎研究領域中得到廣泛使用，是超微觀察工具，特別是對于不具有導電性的生物樣品和有機材料等，AFM 同樣可以提供較高分辨率的表面形貌圖像。同時，AFM 還具有操縱和改造原子、分子世界的手段。原子力顯微鏡為了避免加寬效應，一般通過電子束加工針尖使其曲率半徑達到幾個納米，來提高圖像的分辨率和準確度。但仍然存在著一些局限性，例如：針尖性質的變化很大，獲得高分辨率的圖像變得很難。另外，針尖掃描時的磨損對分辨率也有影響。AFM 能獲得原子分辨率，主要是因為在其針尖的表面存在著原子級的突起，構成了與樣品的實際接觸。但是這些突起的尺寸形狀和化學組成是未知的，而且在實驗中經常發生改變，因此獲得可信賴的針尖是成像過程中獲得高分辨率的關鍵。不同的針尖適用于AFM 不同的應用領域。導電原子力顯微鏡（CAFM）采用固體金屬作AFM 的針尖，對材料進行納米尺度的電學表征依然存在著同樣的困擾。 項目階段北京大學工學院研究團隊利用單層石墨烯包覆CAFM 金屬針尖，發現石墨烯包覆的針尖保留了包覆前針尖的形狀，并且包覆的針尖能承受非常高的電流和摩擦力。新型針尖具有穩定、耐磨、壽命長、圖像失真度低等優點，很好的解決了現有AFM 針尖中存在的問題，提高了AFM 的儀器性能。知識產權該項研究已經申請了歐洲專利，納米技術設備領域的諸多公司表現出了對該項研究成果的強烈興趣。合作方式 技術轉讓、合作開發、技術入股。

本實用新型公開了一種簡便的膨脹力測量裝置，包括支撐裝置、固結裝置和測量裝置。支撐裝置包 括底座、螺母、支柱和帶孔橫梁；固結裝置包括水槽、護環、護箍、環刀、上下透水石、透水板和濾紙； 測量裝置包括量力環。底座上垂直固定有支柱，帶孔橫梁通過螺母固定在支柱上；底座上設置有水槽， 水槽底部安裝有護環，護環底部由下至上依次放置下透水石、濾紙、環刀、濾紙、上透水石和透水板； 環刀和上透水石之間通過護箍箍住；量力環上端固定于帶孔橫梁下端。根據需要可增設溫控裝

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