Transcript 原子力显微镜的构造、性能和使用方法课件下载

原子力显微镜的构造、
性能和使用方法
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上海光学仪器厂
主要内容
一、目的与要求
 二、构造、原理及功能
 三、试验器材
 四、基本操作
 五、思考题
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一、目的与要求
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了解原子力显微镜的基本构造、原理及
用途
学习使用原子力显微镜的基本操作技术
学会利用原子力显微镜扫描生物样品的
形貌，分别扫描出接触模式和轻敲模式
下几种菌的形貌图。
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二、构造、原理及功能
2.1 原子力显微镜的构造
CCD Camera
激光头
扫描管
控制器
防震台
DI MultiModeV 扫描探针显微镜
2.1 原子力显微镜的构造
二、构造、原理及功能
激光头
2.1 原子力显微镜的构造
悬臂夹
二、构造、原理及功能
2.1 原子力显微镜的构造
探针
二、构造、原理及功能
2.1 原子力显微镜的构造
二、构造、原理及功能
A 扫描管：
0.4μm×0.4μm×0.4μm
E 扫描管：
12μm×12μm×3μm
J 扫描管：
120μm×120μm×5μm
PF 扫描管：
40μm×40μm×20μm
2.2 原子力显微镜的工作原理
二、构造、原理及功能
检测器能精确检测
到反射激光光斑上
下左右的移动。此
信息经反馈系统转
化为控制压电扫描
器的电压信号。样
品表面每一点上压
电扫描器的起伏信
息被计算机记录,
经信号转换处理后
获得样品图象。
2.3 工作模式
三种基本操作模式：
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接触式（contact）

非接触式（non-contact）

轻敲式（tapping）
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二、构造、原理及功能
2.4 主要测量功能
二、构造、原理及功能
三维成像
 样品表面三维形貌结构（纳米至微米尺度的三维测量）
表面物理特性的表征
 摩擦力和其它表面力 (LFM)
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磁场力 (MFM)
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电场力及表面电势 (EFM/SPM)
力曲线/力曲线分布图谱
定量力学参数
电化学反应 (ECM)
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三、试验器材
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菌种：氧化亚铁硫杆菌，氧化硫硫杆菌，大肠杆
菌，枯草芽孢杆菌等在云母片上的烘干样
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仪器与其他用具： DI MultiModeV 扫描探针显微
镜、扫描光、探针、镊子等
四、操作步骤
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4.1 开机安装
开机：电脑—控制器—软件打开
安装：1、把接触（轻敲）模式探针安转在悬臂夹中
2、把制备好的样品放在扫描管的上
4.1 开机安装
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四、操作步骤
3、取下激光头，把装有探针的悬臂夹放入激光头
中，用激光头后面的锁紧螺丝把悬臂夹锁紧
4、把激光头放回扫描管上，注意探针与样品表面
之间的距离，不要让探针碰到样品
5、调整针尖接近样品上方，并调整激光点到探针
尖端的背面
4.1 开机安装

四、操作步骤
6、用CCD Camera的粗调螺丝上下移动CCD
Camera，在监视器上找到样品的表面，用Base上的Up，
Down扳手把探针慢慢往下降，直到在监视器上看到模糊
的探针。如果样品是透明的，在监视器上将看不到样品的
表面，这时我们以监视器上探针与探针的像将近重合为标
准来确定探针在样品正上方的高度
4.1 开机安装
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
四、操作步骤
7、调整激光头后面的发射镜调整螺丝，使得Base
底部椭圆区域的SUM值达到最大，对于接触模式的氮化硅
（单晶硅）探针，它一般在5-9（1.5-3）之间
8、调整光检测器，使得Base底部的HOR2值为0，
VERT值为-1~-2（0）之间
4.2 软件设置
四、操作步骤

1、从菜单中选择显微镜，Tools/select microscope, 从对话框中选择
MultiModeV，点OK

2、从Tools/select scanner对话框中选择所用的扫描管类型，点OK

3、从file中选择open workspace,选择contact mode（tapping mode）

根据需要设置Scan size

4、接触模式不执行此步，轻敲模式要先点击tune按钮，进入
cantilever tune 界面，点击auto tune按钮，计算机自动找寻探针的共
振频率，对于普通的Rtesp探针，此频率大约在200-400kHz之间，当
tune完成后，返回real time 模式。

5、然后点击engage按钮，计算机开始自动下针，当针接触到样品并
且弯曲量达到预先设置的setpoint值时，扫描管开始扫描
4.3 测试过程中参数的选择
终止
慢
扫
方
向
开始
快扫方向
步宽
四、操作步骤
步宽越小,单位面积上采集的数
据越多。而步宽是由扫描速度
决定的,因此当扫描范围较大时,
应该选择较小的扫描速度,这样
采集的数据才足够多。由于压
电陶瓷扫描器固有的误差,在扫
描过程中会产生一定的漂移,特
别是当扫描范围小于50nm
×50nm时,可能造成所选区域
的某行重复扫描,从而造成假象,
所以此时应该选用较大的扫描
速度而减小误差。
4.3 测试过程中参数的选择
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四、操作步骤
1、观察trace、retrace曲线，看看着两条曲线的重合性，如果着两条曲线
不重合，可通过调整integral gain, proportional gain， setpoint和scan
rate来使得着两条线尽量重合。调整integral gain和proportional gain的原
则是，先尽量把integral gain调大，直到在曲线上出现噪音，然后稍微减
少integral gain，直到噪音消失。proportional gain比integral gain大20%
左右
2、setpoint值越大，探针对样品的作用力越大，探针跟踪样品越好，这两
条曲线重合的也越好，但需要注意，探针对样品的作用力越大，越容易损
伤样品
3、scan rate越小，探针跟踪样品越好，trace、retrace重合的越好。一般
来说，当扫描尺寸为10nm时，scan rate可设置为2Hz（1.5Hz），随着扫
描尺寸增大，scan rate值也要随之减小。当然扫描尺寸较少时，scan
rate值可稍微增大。
4、调整date scale,使得此两条曲线大约充满scope trace 图框
5、当参数优化后，就可以点击capture按钮，开始抓取图象
4.4 示例
四、操作步骤
4.4 关机
四、操作步骤
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试验结束后关机：关闭软件—控制器—电脑
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打扫实验室卫生，保持显微镜室干净整洁，登记仪
器使用记录。
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离开实验室时要开启除湿器，保持实验室的干燥。
五、思考题
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1> 实验操作过程中需要注意那些问题?
2> 总结扫描过程中参数设置规律,怎么样能达到最佳扫描
效果?
3> 比较两种模式下的扫描图像有何区别?
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