扫描探针声显微镜轻敲模式中相位像的反差机理.pdf

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:.,.近年来,扫描探针显微镜,技术已从微区特性的准静态检测迅,窃械奶秸牖颍褪匝鲜┘,探针一般有与试样接触和不接触两种工作模式,,以及在探针与试样相接触过程中激振力和悬臂探针自由振动的阻尼力很小的假设下,解析求解了探针与试样的碰撞运动方程,得到了最大压痕深度和碰撞时间与探针半径、等效杨氏模量以及界面吸附能等之间的关系式,较直观地说明了中轻敲模式的相位像反差机理:信号的相位与试样微区的性质、探针振幅、.。,∧な匝辔幌竦姆床睿庑┍砻鱏崆媚J降南辔怀上袷一种纳米分辨率测量材料表面物理性质的成像技术.,,国家自然科学基金和博士点基金手钅浚琋年帐盏年日定稿珹,,琲,.,琣..J....木
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篓栩蜥等㈤愀阻型匕坐厂海冉害害飞翥,妒シ保琕刍警.。筹,专/—触铮琽等等亿琽芴≥日,,·移⋯浚轻敲模式中的接触力——试样碟变化负兆鹊郊赴俸兆而形成的相移,通过信号阪荩—㈣式中,耳和咋分别是探针的杨氏模量和泊松比。㈥声学报年位像,而且由于探针和试样的接触时间短、对试样的拉曳和损伤小,特适用于生物组织、黏弹性、高阻尼材料以及薄膜的表面特性研究,而且它可以直接在商用低成辖谐上瘢虼耍昀辞崆媚式的理论和实验研究取得了很大进展】.轻敲模式中,悬臂梁探针在等于或者稍低于它谐振频率的频率上振动。若探针振幅几纳米到纳米笥谔秸胗胧匝砻娴钠胶饩嗬隯谏韫程中探针将周期性地敲击试样表面,使试样表面发生微形变NA吮3痔秸胝穹鵄恒定,中设有一个振幅控制回路以补偿探针在与试样相巨作用中的能量损耗。根据探针与试样接触时振动频率处理部分和振幅控制回路,提供相应的功率到激励悬臂梁的压电晶片,维持探针振幅愣ǎ⑼实现反映系统能堵损耗的相位成像。为了在扫描过程中保持探针与试样表面的平衡距离不变,中还设计有距离自动控制回路,将检测信号与设定点的误差信号经比例积分放大后输入控制探头轴甲移的压电台,维持扫描过程中探针与试样表面的平衡距离不变,并同时获得了试样的形貌成像【引。轻敲模式中的相位像与试样微区的性质、探针振幅、设置点以及试样形貌等有关。由于主要是研究材料微区的力学性质,因此,实验中需要仔细地调整成像参数,减小其他因素对相位像反差的影响。例如,保持探针和试样表面干燥、仔细选择设置点、使探针工作在斥力为主的作用力区域中以及使探针作近似的周期简谐振动。由于轻敲模式中,探针的运动和它与试样之间的相互作用力较复杂源蠖嗍南锥疾捎数值计算来讨论探针的运动俊S捎探针在一个周期中的运动是由非接触的受迫简谐振动和与试样接触的碰撞运动组成,所以本文将首先证明在轻敲模式的探针与试样碰撞的动力学过程中,由静力学理论导出的探针一试样之间的作用力仍可近似适用;然后在适当的近似假设下,对探针的受迫简谐振动和碰撞运动作理论求解,探索轻敲模式中相位成