实验概要

了解原子力显微镜的基本结构和原理。掌握原子力显微镜对固体和粉末样品的要求及制作方法。掌握原子力显微镜使用方法。

实验原理

原子力显微镜的优点是：有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；试样制备简单。

1. 仪器结构

原子力显微镜的系统中可分成三个部分：力检测部分、位置检测部分、反馈系统。 

2. 工作原理

原子力显微镜的工作原理就是将探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时，探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形，这样，微悬臂的轻微变形就可以作为探针和样品间排斥力的直接量度。一束激光经微悬臂的背面反射到光电检测器，可以精确测量微悬臂的微小变形，这样就实现了通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌和其他表面结构。

实验材料

1. 粉末样品的制备

粉末样品的制备常用的是胶纸法，先把两面胶纸粘贴在样品座上，然后把粉末撒到胶纸上，吹去为粘贴在胶纸上的多余粉末即可。

2. 块状样品的制备

玻璃、陶瓷及晶体等固体样品需要抛光，注意固体样品表面的粗糙度。

实验步骤

1. 开机

   1) 打开主控制电脑，再打开软件；

   2) 打开原子力显微镜的主机； 

   3) 待到激光器打开后，检查扫描头与样品台之间的距离是否正常。

2. 程序的初始化与样品的扫描

   1) 选择粗糙度比较均匀的固体样品，放置到样品台上；

   2) 安装探针，选择扫描样品所使用与探针匹配的模式；

   3) 调整压电陶瓷的线性输出电压；

   4) 调整激光至悬臂头部，再调整光斑到最佳位置（注意观察电压值）；

   5) 确定探针的频率，Q值。

3. 安装样品

   1) 打开Stage窗口，抬升扫描头到安全位置；

   2) 取下样品台，将试样放置到样品台上，注意样品在样品台上的稳定性，放回样品台；

4. 试样的测试

   1) 打开Stage窗口，点击Coarse Approach按钮，点击下一步；

   2) 将焦点聚焦到悬臂上，点击下一步；

   3) 将焦点聚焦到样品的表面，点击下一步，驱动电机下针；

   4) 完成电机下针后，点击Tip Approach，使用压电陶瓷和电机交互下针。

   5) 完成下针后，点击扫描窗口，左窗口选择SEN信号，右窗口选择HIT信号；

   6) 选择扫描的范围，点击Scan按钮，开始扫描；

   7) 点击Set Point按钮（加压），至左下方Line窗口中的两条线的特征一致，看右上方的窗口是否出现样品表面形貌图；

   8) 点击Manul Tip Up/Down按钮，调节压力线至中线（压力线在中线上，按UP；压力线在中线下，按Down），此时扫描停止；

   9) 再点击Scan按钮，重新扫描，调整G、P、I、D值，直至右上方窗口中的图最清楚为止；

   10) 重新扫描，直至扫描结束，保存扫描图；

   11) 点击Tip Retract，退针；

   12) 退针完成后，点击Stage按钮，抬升扫描头到安全位置；

   13) 取下样品，放回样品台，更换样品或关机；

   14) 关机，先关闭软件，再关主机，最后关电脑，切断电源。