本文標題："液體中輕敲模式與空氣或真空的輕敲模式-AFM顯微鏡"
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液體中輕敲模式與空氣或真空的輕敲模式-AFM顯微鏡
輕敲模式的產(chǎn)生代表AFM技術的重大進步。那些易受損的、與基底
之間結(jié)合不緊密的或使用其他AFM模式難以成像的樣品表面，利用這種
有效技術皆可形成高分辨率的形貌圖像。輕敲模式可以克服在接觸模式
掃描中存在的許多問題，如摩擦、粘附、靜電力等。這些問題的克服是
通過使針尖在表面掃描過程中周期性接觸樣品表面，獲取高分辨率的表
面形貌，然后，將針尖抬離表面避免產(chǎn)生劃跡。輕敲模式可實現(xiàn)在大氣
壓環(huán)境下操作，以壓電晶體使微懸臂在近共振頻率下發(fā)生高頻振動。針
尖不與表面接觸時，壓電晶體的運動使微懸臂在較高振幅下振動(一般
大于20nm)。然后發(fā)生共振運動的針尖向表面移動，直到開始接觸或輕
敲表面。在掃描過程中，垂直共振的針尖瞬間接觸表面，然后抬離，其
振動頻率一般為50～500kHz。當高頻振動的微懸臂間歇地接觸表面時，
由于針尖接觸樣品表面而產(chǎn)生的能量損失而造成諧振振幅減小。振幅的
衰減被用來識別和測定表面結(jié)構(gòu)。
在輕敲模式操作過程中，微懸臂諧振幅度通過反饋回路保持恒定。
優(yōu)化的振動頻率可用軟件進行設定，而針尖作用于樣品上的力是自動設
定的，并維持在最低水平。當針尖通過表面凸起部分，微懸臂在相對狹
小的空間進行振動，諧振振幅減小。相反，當針尖通過凹形區(qū)，微懸臂
有更大的振動空間，振幅增大(接近于自由空間上振幅的極值)。通過檢
測器測定針尖的諧振振幅，并將其輸入到電子控制器。為了維持針尖振
動振幅以及樣品上的作用力為常量，通過數(shù)字反饋回路調(diào)節(jié)針尖一樣品
間距。
當針尖接觸表面時，高頻振蕩(50～500kHz)使表面僵硬，針尖一樣
品的粘附力大大減小。輕敲模式實質(zhì)上防止針尖粘附在表面上，從而避
免了掃描中針尖損傷表面。與接觸模式和非接觸模式不同的是，當針尖
與表面接觸，輕敲模式的針尖有足夠高的諧振幅值來克服針尖一樣品間
的粘附力。而且，因為針尖作用力是垂直的，剪切力不會造成表面?zhèn)纫?/div>
。輕敲模式另一個優(yōu)點是它的大的線性操作范圍，這使垂直方向控制的
反饋系統(tǒng)非常穩(wěn)定，可進行常規(guī)的復驗性樣品的測量。
液體中的輕敲模式與空氣或真空的輕敲模式具有同樣的優(yōu)勢。然而
，在液體中掃描成像，微懸臂正常的共振頻率會減小。在這種情況下，
整個液體內(nèi)的細胞就會振動，驅(qū)動微懸臂諧振，這與空氣或真空下的輕
敲或非接觸模式不同。在空氣或真空中，微懸臂是自行諧振。當選擇好
適合頻率(通常在5～40kHz)時，針尖開始輕敲樣品，微懸臂振幅減小，
空氣中的輕敲模式操作亦是如此。相應地，在液體中，可使用非常軟的
微懸臂以獲得良好的結(jié)果。液體中輕敲模式使用針尖懸臂的彈性常數(shù)一
般為0．1N／m，而空氣中微懸臂彈性常數(shù)在l～100N／m之間。
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