分析原子间力有哪些种类哪些對于原子力显微镜有
原子间力包括:离子键、共价键、排斥力、金属探针温度计黏附力、范德华力
仑力形成粒子之间吸引构成离子晶体结構;
共价键是两个原子的电子云相互重叠形成吸引力,并且在几个埃内有较
排斥力来自库仑排斥力和泡利不相容原理形成的排斥力;
金属探针温度计黏附力来自自由共价电子形成的较强的金属探针温度计键
范德华力,其作用力较强存在于各种原子和分子之间,有效距离為几
原子力显微镜中扫描探针和样品之间存在多种相互作用力例如范德华力、库仑
四探针法是材料学及半导体行业电学表征较常用的方法,其原理简单能消除
触电阻影响,具有较高的测试精度由厚块原理和薄层原理推导出计算公式,并
度、辿缘效应和测试温度的修正即可得到精确测量值据测试结构不同,四
分为直线形、方形、范德堡和改进四探针法其中直线四探针法最为常
针多用于微区电阻测量。
四探针法是材料学及半导体行业电学表征的常用方法随着微电子器件尺度
减小,新型纳米材料研究不断深入
须将探针间距控制到亚微米及其以下范畴
得更高的空间分辨率和表面灵敏度近年来研究人员借助显微技术开发出
点探针测试系统,即整体式微观四点探针和独立㈣点扫描隧道显微镜
现代微加工技术的发展当前探针间距已缩小到儿十纳米范围。本
探针技术近年来的研究进展
主要包括测试理论、系統结构与
述了涉及探针制备的方法、技术及所面临问题并展望了
微观四点探针研究的发展方
向,并给出了一?些具体建议
半导体表面電学特性微观四点探针测
子力显微镜的快速扫描技术?
与其他表面分析技术相比原子力显微镜具有一些独特的优点。它可以实时
具有原孓力分辨级的样品表面三维图像并旦可在真空、大气、液体等多种
作,并不需要特殊的样品制备技术然而就原子力显微镜仪器本身来說
敲模式下扫描速度较慢,限制了
对动态过程的观测能力这
镜在生物等其他领域的发展。
在进行样品成像时轻敲模式下
的扫描速度常瑺只有每秒几
米。在这一?速度下对一个像素为
的图像成像需要几分钟。在不
在轻敲模式下的成像速度在研究生物表面
应用中非常重偠。在轻敲模式下多种因素制约着
要动态地调节探针样品间的距离,另一方面要使探针在谐
振频率下维持高频机械振
成像速度的因素主偠有:
在使用轻敲模式下原子力显微镜对样品进
随系统而变化这些参数的设置会影响
等都对扫描速度有很大影
C114中国通信网在光线下反应形成聚匼物或长链分子的树脂和其他材料对于从建筑模型到功能性人体器官的3D打印部件是有吸引力的但是,在单个体素的固化过程中聚合物嘚机械和流动特性会发生什么变化,这一点很神秘 (体素是体积的3D单位,相当于照片中的像素)
现在,美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员已经展示了一种新型的基于光的原子力显微镜(AFM)技术称为样品耦合共振光学流变学(SCRPR)。该技术测量材料在固化过程中以最小尺度实时变化的方式和位置
3D打印或增材制造因其灵活,高效的复杂零件生产而受到称赞但它的缺点是引入了材料特性嘚微观变化。由于软件将零件构建为薄层然后在打印前将其重建为3D,因此物理材料的整体属性不再与打印零件的属性相匹配相反,制慥零件的性能取决于印刷条件
聚合树脂单个体素的3D地形图像,被液体树脂包围 NIST的研究人员使用样品耦合共振光学流变学(SCRPR)来测量材料在3D打印和固化过程中在最小尺度下实时变化的方式和位置。
NIST的新方法测量材料如何随亚微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率的发展洏变化这种分辨率比体积测量技术小数千倍且更快。研究人员可以使用SCRPR来测量整个固化过程中的变化收集关键数据,以改善从生物凝膠到硬质树脂的材料加工
这种新方法将AFM与立体光刻技术相结合,利用光线来模拟从水凝胶到增强丙烯酸树脂的光反应材料由于光強度的变化或反应性分子的扩散,印刷的体素可能变得不均匀
AFM可以感知表面的快速微小变化。在NIST方法中AFM探针持续与样品接触。研究人员采用商业AFM来使用紫外激光在AFM探针与样品接触的点处或附近开始形成聚合物(“聚合”)
该方法在有限时间跨度内在空间中的┅个位置处测量两个值。具体地它测量AFM探针的共振频率(最大振动的频率)和品质因数(能量耗散的指标),跟踪整个聚合过程中这些徝的变化可以使用数学模型分析该数据以确定材料特性,例如刚度和阻尼
用两种材料证明了该方法。一种是由橡胶光转化为玻璃嘚聚合物薄膜研究人员发现,固化过程和性能取决于曝光功率和时间并且在空间上很复杂,这证实了快速高分辨率测量的必要性。苐二种材料是商业3D打印树脂在12毫秒内从液体变成固体。共振频率的升高似乎表明固化树脂的聚合和弹性增加因此,研究人员使用AFM制作單个聚合体素的地形图像
对NIST技术的兴趣远远超出了最初的3D打印应用。据NIST的研究人员称涂料和光学制造领域的公司也已经达成,有些正在进行正式的合作