北京大學(xué)科技成果-導(dǎo)電原子力顯微鏡針尖處理技術(shù)

1、北京大學(xué)科技成果導(dǎo)電原子力顯微鏡針尖處理技術(shù)項(xiàng)目簡(jiǎn)介原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM),是一種可用來 研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測(cè)待 測(cè)樣品表面和一個(gè)微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用 力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。將一對(duì)微弱力極端敏感的微懸臂一 端固定，另一端的微小針尖接近樣品，這時(shí)它將與其相互作用，作用 力將使得微懸臂發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化。掃描樣品時(shí)，利用傳 感器檢測(cè)這些變化，就可獲得作用力分布信息，從而以納米級(jí)分辨率 獲得表面形貌結(jié)構(gòu)信息及表面粗糙度信息。原子力顯微鏡主要由帶針尖的微懸臂，微懸臂運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置

2、，監(jiān) 控其運(yùn)動(dòng)的反饋回路，使樣品進(jìn)行掃描的壓電陶瓷掃描器件，計(jì)算機(jī) 控制的圖像采集、顯示及處理系統(tǒng)組成。微懸臂運(yùn)動(dòng)可用如隧道電流 檢測(cè)等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)法、干涉法等光學(xué)方法檢測(cè)，當(dāng)針尖與樣 品充分接近相互之間存在短程相互斥力時(shí)，檢測(cè)該斥力可獲得表面原 子級(jí)分辨圖像，一般情況下分辨率也在納米級(jí)水平。AFM測(cè)量對(duì)樣品 無特殊要求，可測(cè)量固體表面、吸附體系等。a 傳統(tǒng)的商業(yè) CAFM 針尖圖 b 覆蓋有石墨烯層的 CAFM 針尖應(yīng)用范圍原子力顯微鏡(AFM )在許多基礎(chǔ)研究領(lǐng)域中得到廣泛使用，是 超微觀察工具，特別是對(duì)于不具有導(dǎo)電性的生物樣品和有機(jī)材料等， AFM 同樣可以提供較高分辨率的表面形貌

3、圖像。同時(shí)， AFM 還具有 操縱和改造原子、分子世界的手段。原子力顯微鏡為了避免加寬效應(yīng)，一般通過電子束加工針尖使其 曲率半徑達(dá)到幾個(gè)納米，來提高圖像的分辨率和準(zhǔn)確度。但仍然存在 著一些局限性，例如：針尖性質(zhì)的變化很大，獲得高分辨率的圖像變 得很難。另外，針尖掃描時(shí)的磨損對(duì)分辨率也有影響。AFM能獲得原 子分辨率，主要是因?yàn)樵谄溽樇獾谋砻娲嬖谥蛹?jí)的突起，構(gòu)成了 與樣品的實(shí)際接觸。但是這些突起的尺寸形狀和化學(xué)組成是未知的， 而且在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常發(fā)生改變，因此獲得可信賴的針尖是成像過程中獲 得高分辨率的關(guān)鍵。不同的針尖適用于 AFM 不同的應(yīng)用領(lǐng)域。導(dǎo)電原子力顯微鏡 (CAFM)采用固體金屬作AFM的針尖，對(duì)材料進(jìn)行納米尺度的電學(xué) 表征依然存在著同樣的困擾。項(xiàng)目階段北京大學(xué)工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)利用單層石墨烯包覆 CAFM 金屬針尖， 發(fā)現(xiàn)石墨烯包覆的針尖保留了包覆前針尖的形狀，并且包覆的針尖能 承受非常高的電流和摩擦力。新型針尖具有穩(wěn)定、耐磨、壽命長、圖 像失真度低等優(yōu)點(diǎn)，很好的解決了現(xiàn)有 AFM 針尖中存在的問題，提 高了 AFM 的儀器性能。知識(shí)產(chǎn)權(quán)該項(xiàng)研究已經(jīng)申