原子力显微镜用于微尺度材料力学性能表征的研究进展.pdfVIP

· 1l8 · 材料导报 A：综述篇 2012年 7月(上)第26卷第 7期 原子力显微镜用于微尺度材料力学性能表征的研究进展 丁燕怀 。，蒋 旭 ，任虎呜 ，尹久仁 。，姜 勇 。，邓旭辉 。，张 平 。 (1 湘潭大学土木工程与力学学院，湘潭 411105；2 湘潭大学流变学研究所，湘潭 411105) 摘要 原子力显微镜(AFM)是纳米科学研究的有力工具。从AFM 的原理出发，分析 了探针与样品之 间作用 力的计算过程，介绍了确定悬臂弹性常数的几种方法，并综述了AFM在生物材料、薄膜材料、纳米结构、单分子操作 和纳米力学实验中的研究进展。 关键词 原子力显微镜 微尺度材料 力学性能 探针 悬臂弹性常数 中图分类号：TB301 文献标识码：A ResearchProgressonApplicationsofAtomicForceM icroscopyin M icro-andNano-mechanics DINGYanhuai ，JIANGXu，REN Huming ，YINJiuren ， JIANG Yong ，DENG Xuhui ，ZHANG Ping · (1 CollegeofCivilEngineeringandMechanics，XiangtanUniversity，Xiangtan411105；2 InstituteofRheology Mechanics，XiangtanUniversity，Xiangtan411105) Abstract Atomicforcemicroscopy (AFM)isapowerfultoolfornanoscienceresearch．Basedontheprinciple ofAFM ，calculationprocessoftheforcebetween probeandsampleisanalysed，somemethodsfordeterminingthe springconstantofcantileversareintroduced．Furthermore，areview OnrecentdevelopmentsofapplicationofAFM is givenfornanoscalematerials，biomechanicsandelectronicdevice． Keywords AFM ，nano—andmicro—scalematerials，mechanicalproperty，probe，cantileverspringconstant 压电扫描管、反馈回路 、控制器和图像处理设备组成 。其基 0 引言 本原理是通过检测样品表面与探针之间的相互作用力 ，从而 1981年 IBM 公司苏黎世实验室 的G．Binning和 H． 确定样品表面的形态学和物理性质。AFM 的纵 向分辨率达 Rohrer发明了世界上第一台扫描隧道显微镜 (Scanningtun— 到了亚纳米量级 ，而横 向分辨率 由探针的尺寸决定，需要考 nelingmicroscope，STM)[1’。STM 能够直接观测表面原子 虑针尖效应[4--6~。AFM可以在液态、真空和环境扫描条件下 排列及其相关的电子态信息，在材料表面物理与化学、生命 工作 ，同时还能提供热、电、磁等多种辅助功能以供选择。 科学和微电子技术研究中有着广阔的应用前景。STM 的基 本原理是量子力学隧道效应 。用一个尖端只有一个或者几 个原子的金属探针去接近样品表面，当针尖和样品表面的距 离小于1nm时，针尖原子和样 品表面原子的电子云发生重 叠 ，此时在针尖和样品之间施加微小的电压