1、原子力显微镜的构造、性能和使用方法,上海光学仪器厂,http:/,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http:/,一、目的与要求,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。http:/,二、构造、原理及功能,DI MultiModeV 扫描探针显微镜,CCD Camera,控制器,激光头,2.1 原子力显微镜的构造,防震台,扫描管,2.1 原子力显微镜的构造,二、构造、原理及功能,激光头,悬臂夹,2.1 原子力显微镜的构造,二、构造、原
2、理及功能,探针,2.1 原子力显微镜的构造,二、构造、原理及功能,A 扫描管：0.4m0.4m0.4mE 扫描管：12m12m3mJ 扫描管：120m120m5mPF 扫描管：40m40m20m,2.1 原子力显微镜的构造,二、构造、原理及功能,2.2 原子力显微镜的工作原理,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。,二、构造、原理及功能,三种基本操作模式：接触式（contact）非接触式（non-contact）轻敲式（tapping）http:/,2.3 工
3、作模式,二、构造、原理及功能,2.4 主要测量功能,表面物理特性的表征摩擦力和其它表面力 (LFM)磁场力 (MFM)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),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）,二、构造、原理及功能,三、试验器材,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,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
4、安装,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,四、操作步骤,4.1 开机安装,7、调整激光头后面
5、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,四、操作步骤,4.1 开机安装,1、从菜单中选择显微镜，Tools/select microscope, 从对话框中选择MultiModeV，点OK2、从Tools/select scanner对话框中选择所用的扫描管类型，点OK3、从file中选择open workspace,选择contact mode（tapping mode） 根据需要设置Scan size4、接触模式不执
6、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,四、操作步骤,4.2 软件设置,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,
7、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。,四、操作步骤,4.3 测试过程中参数的选择,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。prop
8、ortional 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,四、操作步骤,4.3 测试过程中参数的选择,4.4 示例,四、操作步骤,试验结束后关机：关闭软件控制器电脑打扫实验室卫生，保持显微镜室干净整洁，登记仪器使用记录。离开实验室时要开启除湿器，保持实验室的干燥。,四、操作步骤,4.4 关机,五、思考题,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?http:/,
