测量显微镜的基本原理
日期：2025-05-17 22:21
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摘要：
与STM类似，在AFM中，使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样本表层作光栅式扫描。测量显微镜当针尖和样本表层的距离非常接近时，针尖**的原子与样本表层的原子之间存在极微弱的功用力（10-12~10-6N），此时，微悬臂就会发生微小的弹性形变。针尖与样本之间的力F与微悬臂的形变之间遵循虎克定律：F=-k*x ，其中，k为微悬臂的力常数。所以，只要测出微悬臂形变量的大小，就可以获得针尖与样本之间功用力的大小。
针尖与样本之间的功用力与距离有强烈的依赖关系，所以在扫描过程中利用反馈回路保持针尖与样本之间的功用力恒定，测量显微镜即保持为悬臂的形变量不变，针尖就会随样本表层的起伏上下移动，记录针尖上下运动的轨迹即可得到样本表层形貌的信息。这种工作模式被称为“恒力”模式（Constant Force Mode），是使用*广泛的扫描方式。
AFM的图像也可以使用“恒高”模式（Constant Height Mode）来获得，也就是在X，Y扫描过程中，不使用反馈回路，保持针尖与样本之间的距离恒定，通过测量微悬臂Z方向的形变量来成像。这种方式不使用反馈回路，可以采用更高的扫描速度，通常在观察原子、分子像时用得比较多，而对于表层起伏比较大的样本不适用。
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