原子力显微镜的工作模式

第二节　原子力显微镜的工作模式

原子力显微镜的多种工作模式，都可以得到与表面形貌有关的信息，经过计算机采集、处理，最后成像。原子力显微镜的工作模式主要有三种：接触模式、非接触模式和敲击模式。这三种模式是根据探针与样品之间作用力的形式来分的，接触模式的作用力是斥力；非接触模式的作用力是引力；而敲击模式的作用力介于前两者之间，是一个杂化的概念。

一、接触模式

通过探针与扫描样品表面的持续接触来获得信息。它可以对样品快速扫描。但操作力和探针与样本之间的作用力可能会导致细微样品的漂移，同时对较柔软的样本表面可能造成一定的损伤。另外，探针可能被样品污染，并且针尖与样品之间的黏着力很明显，导致空间分辨率降低。

二、非接触模式

由于在非接触模式下，探针与样品不接触，这样样品就不会被破坏，而且针尖也不会被污染，因为探针与样品之间的作用力一般在10～12N这个数量级上，因此特别适合于研究柔嫩物体的表面。但是要在室温大气环境下实现这种模式十分困难。因为样品表面不可避免地会积聚薄薄的一层水，它会在样品与针尖之间搭起一小小的毛细桥，将针尖与表面吸在一起，从而增加尖端对表面的压力，引起反馈不稳，刮擦样品。

三、轻敲模式

在扫描过程中，探针与样品表面轻轻接触，悬臂受存在于两者间的排斥力作用随样品表面起伏发生高频震颤。由于探针与样品的接触短暂，因此它更适用于质地脆或固定不牢的样品。一旦原子力显微镜开始对样品进行成像扫描，装置随即将有关数据输入系统，如表面粗糙度、平均高度、峰谷峰顶之间的最大距离等，用于物体表面分析。同时原子力显微镜还可以通过测量悬臂的弯曲程度来确定针尖与样品之间的作用力大小。敲击模式（tapping mode）很好地消除了侧向力的影响，降低了由于接触所引起的吸附力，图像分辨率高，适于观测软、易碎或胶黏性样品，不会损伤其表面，但是这种模式比接触模式的扫描速度慢。