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样品表面形貌及弹性模量与AFM相位图关系的研究

曾俊  
【摘要】: 原子力显微镜轻敲模式下相位成像技术是一种能够提供其它SPM技术或显微术不能提供的纳米分辨率表面特性信息的新兴显微技术。对材料表面细节高度敏感的相位图包含表面形貌、结构、硬度、粘弹性等诸多材料表面性质的信息,需要依据一种相位-材料表面特性单一确定性关系才能从相位移图中获得某一特定表面性质的信息。论文基于分离变量的思想着力于建立相位关于样品表面特性——表面形貌的单一性关系。 首先,论文对来自原子力显微镜系统的各项参数——悬臂振动频率,逐行扫描频率,自由振幅,参考振幅,探针形貌等和来自于样品表面的主要表面性质——表面形貌及弹性模量对相位图的影响作了讨论。探针-样品相互作用集中了前面提到的各种因素影响着探针的运动行为,因此它是相位随表面性质变化的最本质的原因。 其次,通过实验获取a-p-d曲线,再现了接触相互作用处于两个不同作用力区的振幅-相位-针尖样品距离变化关系。在由a-p-d曲线获得的样品表面形貌与相位移关系图中观察了到标准样品格子侧壁所在位置或附近的相位滞后现象。 最后,在前面的研究基础上利用标准样品自身的特殊性,将除样品表面形貌以外的样品弹性模量,粘滞性等影响探针-样品相互作用的因素作为常量引进模型,通过解方程得到了相位关于样品表面形貌的单一性关系。对照实验结果,a-p-d曲线分析结果显示模型具有一定的可靠性。


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