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原子力显微镜的敲击模式

2021.9.01

  在环境条件下,大多数样品形成液体弯月层。因此,保持探针尖端足够靠近样品,以使短程力变得可检测,同时防止尖端粘附到表面,这对于环境条件下的接触模式来说是一个主要问题。动态接触模式(也称为间歇接触、交流模式或分接模式)被开发来绕过这个问题。[6] 如今,在环境条件或液体中操作时,分流模式是最常用的原子力显微镜模式。

  在 敲击模式中,悬臂被驱动以在其共振频率或附近上下振荡。这种振荡通常通过悬臂支架中的小压电元件来实现,但是也有其他可能性,包括交流磁场(具有磁悬臂)、压电悬臂或用调制激光束周期性加热。这种振荡的振幅通常从几纳米到 200 nm。在敲击模式下,驱动信号的频率和振幅保持恒定,只要没有漂移或与表面的相互作用,就会导致悬臂振荡的恒定振幅。当探针靠近样品时,尖端靠近表面时悬臂上的作用力、范德华力、偶极-偶极相互作用、静电力等导致悬臂振动的幅度改变(通常减小)。该振幅用作进入电子伺服系统的参数,该伺服系统控制样品上方悬臂的高度。当悬臂在样品上扫描时,伺服机构调整高度以保持设定的悬臂振幅。敲击原子力显微镜 通过对尖端与样品表面间歇接触的力进行成像来产生图像。

  尽管在振动的接触部分施加的峰值力可能比接触模式中通常使用的大得多,但是与接触模式中施加的力相比,敲击模式通常减少了对表面和尖端的损伤。这可以用施加力的持续时间短来解释,并且因为在敲击模式下尖端和样品之间的侧向力明显低于接触模式。敲击模式成像足够温和,甚至支持脂质双分子层或吸附的单个聚合物分子成像(例如,合成聚电解质的0.4 nm厚链)。通过适当的扫描参数,单个分子的构象可以保持数小时不变,[7] 甚至单分子马达也可以在移动时成像。

  当在敲击模式下操作时,悬臂相对于驱动信号的振荡相位也可以被记录。该信号通道包含关于悬臂在每个振荡周期中消耗的能量信息。包含不同硬度或不同粘附特性区域的样品可以在该通道中产生在形貌图像中不可见的对比度。然而,从相位图像中以定量方式提取样品的材料特性通常是不可行的。

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