1 Multimode8 原子力显微镜原子力显微镜（AFM）简要简要介绍介绍、操作说明操作说明 编制者：熊治渝 一、概述一、概述 AFM 是一种不需要导电试样的扫描探针型显微镜，通过其粗细只有一个原子大小 的探针在非常近的距离上探索物体表面的情况， 便可以分辨出其他显微镜无法分辨的极 小尺度上的表面细节与特征。 二、仪器的组成二、仪器的组成 图 1 MultiMode8 SPM 基本硬件组成。左边为控制器和显微镜部分，右边为电脑部分。 三三、基本原理、基本原理 探针装在一弹性微悬臂的一端，微悬臂的另一端固定，当探针在样品表面扫描时， 探针与样品表面原子间的排斥力会使得微悬臂轻微变形， 一束激光经微悬臂的背面反射 到光电检测器，可精确测量微悬臂的微小形变。微小形变可作为探针和样品间排斥力的 直接量度，通过检测样品与探针之间的原子排斥力来反映样品表面形貌。 四四、仪器的操作过程、仪器的操作过程 （一）开机 1、确保操作环境符合要求且防震台处于正常工作状态。 2、打开计算机和显示器。 3、打开Nanoscope控制器。 4、打开光源。 注意：请严格遵守以上开机顺序进行操作，否则可能造成系统损坏。注意：请严格遵守以上开机顺序进行操作，否则可能造成系统损坏。 2 （二） 打开桌面 NanoScope 9.1 软件， 选择样品扫描需要的操作模式后左击“Load Experiment”。 （三）探针安装。将扫描管中的探针夹取下，选择适宜样品的探针，用镊子小心的将探 针安装在探针夹内，并将安装好后的探针夹放回原位。 （四） 样品安放。 将处理后的样品 （一般选择云母作为基底） 用双面胶固定在直径为 1cm 左右的铁片上，再用镊子小心将铁片夹放在样品台上。 （五）光斑的调试。调节扫描管左部与左后部旋钮，观察电脑显示器屏幕上显示的红斑 打在探针的前臂沿上，并调节至显示屏 SUM 显示至最大值，再调节扫描管后部扇形旋 钮至 SUM 显示至最大值；调节扫描管右部与右后部旋钮至显示屏 VERT 与 HORZ 值接 近 0。 （六）扫描样品。样品放好后，按下扫描管底座“down 按钮”至探针接近样品。左键 单击软件左侧 Engage，探针自动下针至样品表面并扫描。根据样品情况选择扫描范围， 调节 setpoint 与 feedback gain 等参数至高度图红线与蓝线拟合，在参数调好后的情况下 扫描存图。 （七）退针：样品扫描结束后左键单击软件 Withdraw 退针，按下扫描管底座“up 按钮” 至探针远离样品，将探针与样品取下。 （八）关机：首先关闭 NanoScope 软件，再关闭 Nanoscope 控制器和光源，最后关闭计 算机和显示器。 操作操作举举例：轻敲例：轻敲模式模式 1 开机：a. 确认实际电压与系统设定的工作电压相符合，确认所有的线缆都已正确连接。确保操作 环境符合要求且防震台处于正常工作状态； b. 打开计算机主机、显示器和光源； c. 打开控制器。 注意：开机顺序必须是先打开计算机主机，再打开控制器。 2 安装样品和探针：a.安装样品：将固定在铁片上的样品放入带有磁性的样品台中心，使其吸住铁 片和样品。注意调节样品台高度，通常应使样品的上表面不明显高于Head上的支点顶部，以防止安 装Holder时探针直接压到样品表面上而损坏探针； b. 安装探针：将探针安装在Holder上。安装时， 把Holder翻转放在桌面上，轻轻下压，使里面凹槽内的金属片微微上翘。随后装入探针，并松手使 金属片压紧探针。安装完探针后将Holder卡在Head突出的支点上摆放平稳，然后拧紧Head背面的固 定旋钮。 3 启动软件：a. 双击桌面Nanoscope 9.1软件图标； b.进入实验选择界面，根据实验方案，按照界 3 面所示进行选择，第一步选择实验方案，第二步选择实验环境，第三步选择实验具体操作模式； c. 结束上述步骤后，单击界面右下方图标“Load Experiment”，进入具体实验设置界面。 4 调节激光：a.在软件中左侧点击“Setup”，找到图像窗口；b. 调节光学显微镜镜头位置，自上而下 调节可分别看清探针、样品；c. 聚焦到针尖下的样品表面, 使样品成像清晰；d.将基座右侧的 “UP/DOWN”开关拨到“DOWN”，使探针逐渐接近样品表面，待悬臂基本清晰（一定不能完全清晰） 后停止； e.使用基座上的位置调节旋钮调节显微镜视场，找到激光光斑；f.使用 Head 上部两个方向 的激光调节旋钮将激光光斑打在悬臂前端。 5 调节四象限检测器：a.调整Head后部反光镜，使SUM值最大； b.将基座左侧的模式选择键打到“TM AFM”上，此时基座前面左上角的指示灯显示绿色；c.调整Head上部的两个四象限旋钮，使基座前面 LCD显示屏上的VERT显示为0，HORZ显示为0。 6 寻峰（Cantilever Tune）：a.点击软件左侧的“Setup” ； b.选择“Manual tune”；c.进入界面后输入 Start Frequency 和End Frequency（输入值为所选用探针的探针盒上的参数f0的范围）；d.单击Auto Tune选项，等待找到共振峰后点击“Zero Phase”；e.点击“Exit”退出tuning界面。 7 初始化扫描参数：a.将Scan Size 设置为0； b.将Scan Angle设置为0；c.将X offset和Y offset设置为 0。 8 进针：a.使用Head下部两个旋钮移动Head位置，使探针位于样品上所要测量的区域；b. 点击左侧 的“Engage”，等待探针到达样品表面。 9 优化扫描参数：a.设置合适的扫描范围，观察Chanel 1（Data Type：Height）中Trace和Retrace两条 曲线的重合情况；b.减小Amplitude Setpoint直到两条扫描线基本反映同样的形貌特征；c.优化Integral gain和Proportional gain。为了使增益与样品表面的状态相符，一般的调节方法为：直接增大Integral gain，使反馈曲线开始震荡，然后减小Integral gain直到震荡消失，接下来用相同的办法来调节 Proportional gain。通过调节增益来使两条扫描线基本重合并且没有很剧烈的震荡为止；此时 Amplitude error通道值最小。d.调节Scan rate（扫描速率）。随着Scan size（扫描范围）的增大，扫 描速率须相应降低。 10 保存图像：a.点击软件中Capture菜单中Capture存图，Capture file设置拍照存储路径。 11退针： a.点击Withdraw停止扫描并使探针远离样品表面， 可以多次点击Withdraw； b.将“UP/DOWN” 开关拨到“UP”使探针远离样品表面后取出 Holder，随后取下样品。 12 关机：a.关闭软件界面；b.关闭控制器；c.关闭计算机、显示器和光源。 五、五、其他其他说明说明 AFM 成像所有模式的 height 图 RT plane FiT 设为“BOW” 。 4 1、接触模式（Contact Mode） ：探针针尖始终与样品表面保持紧密的接触，相互作用力 是排斥力。横向力与粘着力的合力导致图像空间分辨率降低，而且针尖刮擦样品会损坏 软质样品（如生物样品，聚合体等） 。 （不常使用）（不常使用） 2、轻敲模式（Tapping Mode） ：悬臂在试样表面上方以其共振频率振荡，针尖仅仅是周 期性地短暂地接触/ 敲击样品表面。不适宜真空环境，液相环境操作较难，不适宜深、 窄沟槽样品，避免黏度较大的样品，耗损能量。 （往年往年使用较多）使用较多） 3、 智能扫描模式 （Scanasyst mode） ： 基于peak force成像模式， Scanasyst microscope 0.05 1V。适合大多样品的测试（如软样品、黏性样品） ，适宜深、窄沟槽样品，液相成像方 便，样品、探针作用力小（PN 级别） ，不易损坏。数据更为准确。 （推荐使用）（推荐使用） 4、样品制备需保证样品牢固。 5、其他注意事项可联系仪器管理/操作人员。