3.5 曲线测量
SFM除了形貌测量之外,还能测量力对探针-样品间距离的关系曲线Zt(Zs)。它几乎包含了所有关于样品和针尖间相互作用的必要信息。当微悬臂固定端被垂直接近,然后离开样品表面时,微悬臂和样品间产生了相对移动。而在这个过程中微悬臂自由端的探针也在接近、甚至压入样品表面,然后脱离,此时原子力显微镜(AFM)测量并记录了探针所感受的力,从而得到力曲线。Zs是样品的移动,Zt是微悬臂的移动。这两个移动近似于垂直于样品表面。
用悬臂弹性系数c乘以Zt,可以得到力F=c·Zt。如果忽略样品和针尖弹性变形,可以通过s=Zt-Zs给出针尖和样品间相互作用距离s。这样能从Zt(Zs)曲线决定出力-距离关系F(s)。这个技术可以用来测量探针尖和样品表面间的排斥力或长程吸引力,揭示定域的化学和机械性质,像粘附力和弹力,甚至吸附分子层的厚度。如果将探针用特定分子或基团修饰,利用力曲线分析技术就能够给出特异结合分子间的力或键的强度,其中也包括特定分子间的胶体力以及疏水力、长程引力等。
3.6 纳米加工
扫描探针纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一,其基本的原理是利用SPM的探针-样品纳米可控定位和运动及其相互作用对样品进行纳米加工操纵,常用的纳米加工技术包括:机械刻蚀、电致/场致刻蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。我公司的图形化纳米加工系统采用的是纳米加工中的电致刻蚀方法,电致刻蚀主要由施加在探针与样品表面间的一个短的偏压脉冲引起,当所加电压超过阈值时,暴露在电场下的样品表面会发生化学或物理变化。这些变化或者可逆或者不可逆,其机理可以直接归因于电场效应,高度局域化的强电场可以诱导原子的场蒸发,也可以由电流焦耳热或原子电迁移引起样品表面的变化。通过控制脉冲宽度和脉幅可以限制刻蚀表面的横向分辨率,这些变化通常并不引起很明显的表面形貌变化,然而检测其导电性、dI/dS、dI/dV、摩擦力可以清晰地分辨出衬底的修饰情况。图形刻蚀模式:通过加载图图案或者图形文件,设定相应的加工参数,系统自动控制探针按对应的图案进行纳米刻蚀。矢量扫描模式:系统提供一个向量脚本编译器,允许用户任意指定扫描方向、距离、速度及加工参数(如作用力、电流、电压等),直接操纵探针运动,同时灵活测定各种信号和数据.

