原子力显微镜下.ppt

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1、AtomicForceMicroscopy原子力显微镜11原子力显微镜的应用高分子材料生物学研究膜科学扫描隧道显微镜扫描隧道显微镜的水平分辨率和垂直分辨率分别为0.04nm及0.01nm除了能够观测样品表面单个原子结构外，STM还能检测样品表面的扫描隧道谱，所以能够利用STM来研究样品的电子状态和化学结构。STM对工作环境的要求非常的低。STM可以适应的工作温度范围是其他显微技术都无法企及的，低可以到绝对零度，高可以达到上千摄氏度。原子力显微镜AFM目前可以测量样品表面许多性质，最主要的应用是测试样品表面形貌。AFM的应用领域远远超过STM，它不仅有和

2、STM相同的分辨率，还能完成绝缘物质在内各种样品的测试。当使用STM测定绝缘物质时，必须在样品表面镀一层导电薄膜，导电薄膜会使样品表面发生许多微细变化，这样会导致观察结果和样品表面的实际形状有一定的出入.自STM问世以来，人们一直期望着能够准确地表达出绝缘物质表面的真实形貌，而AFM就是专为满足这些需求而出现的。AFM的实用化标志着物质表面检测手段的重大革新，是微纳米检测发展史上又一里程碑。原子力显微镜自问世以来，由于其测量精度较高，在纳米科学、材料、化工、生物等领域得到了广泛的应用。1在材料科学方面，可以使用原子力显微镜对材料表面进行扫描，观察样品表

3、面粗糙情况或波纹情况，为样品表面膜性能提供信息，且探针不会对样品表面造成损伤。2在生物科学方面，原子力显微镜检测生物样品具有制备样品简单，样品无需特殊处理，能在多种环境中操作。因此，可以使用原子力显微镜对生物分子扫描成像，观察细胞的动态信息，还可以对生物分子进行纳米操作。3在信息领域，可利用原子力显微镜的探针进行纳米压痕，以实现高密度信息存储。利用探针在样品表面以轻敲形成表面的压痕，完成写入信息过程4在制造领域，实现基于原子力显微镜的纳米刻蚀研究。在量子计算机方面，基于原子力五星级的操作技术可应用于离子阱、量子点操作的研究。1高分子材料的高分辨率扫描成

4、像实验本节分别对多孔氧化铝、二维光栅和金属玻璃进行了慢速高分辨率的扫描成像实验，成功获得样品表面微纳米结构图，实验结果表明该系统具有传统AFM分辨率高、重复性好等优良性能。1多孔氧化铝的扫描成像多孔氧化铝是一种受到广泛关注的纳米测量样品。它是一个很好的模板，可以用来制作纳米尺度的各种纳米器件，包括电子的、光电子和磁性的器件而且，它的纳米尺寸孔具有很大的长径比(长度和直径的比值)，这种有序微小的结构是天然形成的，很难用光刻实现。本系统扫描多孔氧化铝所得图像如图所示.图像大小为400x400像素。右边为标注后多孔氧化铝的AFM三维立体图像。由图中可以看到，

5、该多孔氧化铝样品的纳米孔径排列均匀有序，清晰有致。这里采用的是慢速扫描模式，获得图像的时间约在2分钟左右2金属玻璃的扫描成像金属玻璃的扫描成像结果如图，图像大小为400×400像素。由图中可以看到，金属玻璃的起伏高度很小，只有几十纳米，表面粗糙度较低。3光栅的纳米结构图像我们对一维标准光栅进行了三种不同范围的扫描实验，在三幅图像中分别应该存在8，4，2个光栅周期，正如我们在扫描图像中所见到的。实验结果表明本系统精确无误的良好性能。快速成像AFM能对样品进行快速扫描成像。传统AFM在快速扫描中会出现图像的拉伸，导致成像质量降低。经测试，对400X400像

6、素的图像，扫描速度最快可以达到15行／秒。对于AFM系统，同等清晰度下，扫描所得图像的分辨率越低，扫描的速度越快。对于某些应用，可以在大的视场中使用较低分辨率的快速扫描，观察样品表面的变化，然后对于感兴趣的部分进行高分辨率的慢速扫描。慢速高分辨率扫描成像示出更多的细节随着扫描速度的提升，图像的拉伸变形越来越严重随着扫描速度的提升，图像的拉伸变形越来越严重，实际上当速度达到1．00s每幅时，扫描范围已经比1．59m要小。结果显示在2．00s每幅时仍能保持较好的在大的视场中使用较低分辨率的快速扫描，观察样品表面的变化，然后对于感兴趣的部分进行高分辨率的慢速

7、扫描的新方法，其应用将会越来越广泛。2AFM技术在生物学研究中的应用普通的电子显微镜对于生物膜的形成、发展、材料的表面特征和腐蚀形貌等不能很好表征。AFM技术在生物学研究中的优点1.AFM不仅能在分子级水平上观察试样，而且能量化材料的表面特征信息．2.其破坏性较其它生物学常用技术(如电子显微镜)要小得多3.AFM能在多种环境(包括空气、液体和真空)中运作，生物分子可在生理条件下直接成像，也可对活细胞进行实时动态观察4.AFM能提供生物分子和生物表面的分子／亚分子分辨率的三维图像5.AFM能对单个生物分子进行操纵，由原子力显微镜(AFM)获得的信息还能与

8、其它的分析技术和显微镜技术互补．用AFM观察DNA双螺旋结构人体红血球和蓝藻3原子力显微镜在膜