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Nanosurf easyScan2 FlexAFM 原子力顯微鏡原理簡介

Nanosurf easyScan2 FlexAFM 原子力顯微鏡原理簡介. 曹勝益. 三朋儀器股份有限公司 竹北市自強南路 8 號 8F-13 TEL : 03-550-8385. 2010-12-22. AFM 基本構想. 就像用手指頭觸摸點字一般，當受過訓練的手指滑過一整排的點字時就能讀取其中的意義。 AFM 的探針代替了手指，精密的移動裝置代替了手指的移動過程。. 三朋儀器. AFM 基本的組成. 三朋儀器. AFM 探針. 尖端半徑小於 8nm. 10 – 15 µm. 支架 1.6 x 3.4 mm. 三朋儀器.

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Nanosurf easyScan2 FlexAFM 原子力顯微鏡原理簡介

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  1. Nanosurf easyScan2 FlexAFM 原子力顯微鏡原理簡介 曹勝益 三朋儀器股份有限公司 竹北市自強南路8號8F-13 TEL : 03-550-8385 2010-12-22

  2. AFM 基本構想 就像用手指頭觸摸點字一般，當受過訓練的手指滑過一整排的點字時就能讀取其中的意義。AFM 的探針代替了手指，精密的移動裝置代替了手指的移動過程。 三朋儀器

  3. AFM 基本的組成 三朋儀器

  4. AFM 探針 尖端半徑小於8nm 10 – 15 µm 支架1.6 x 3.4 mm 三朋儀器

  5. AFM 應用凡德瓦力原理 三朋儀器

  6. AFM 探針在SAMPLE表面上 三朋儀器

  7. 三朋儀器

  8. Contact mode (接觸式AFM) 接觸式，是探針在掃描時總是接觸著材料的表面。在此操作模式下，探針與樣品表面間的作用力是原子間排斥力( repulsive force )。由於排斥力對距離非常敏感，所以接觸式AFM 較容易得到原子解析度，但因探針與樣品間的接觸面積極小，雖然其作用力很小，約只有10-6-10-10牛頓，仍會損壞樣品，尤其是軟性材質，但是較大的作用力通常會取得較佳的解析度，所以選擇適當的作用力便十分重要。 三朋儀器

  9. Constant Force Animation

  10. Constant Height Animation

  11. Non-contact mode (非接觸式AFM) 非接觸式，乃是探針與材料表面總維持著一定的距離。利用原子間的長吸引力—凡得瓦爾力( Van der waals force )來運作，不過此力對距離變化的敏感度小，因此必須使用調變技術來增強訊號雜訊比。非接觸式AFM 一般只有50nm 的解析度，不過在真空中即可得到原子級的解析，此操作方式的發展原因乃是為了解決接觸式損害樣品的缺點。 三朋儀器

  12. Dynamic Force Mode 三朋儀器

  13. Tapping mode (dynamic mode)(輕敲式AFM) 將非接觸式加以改良，其原理係將探針與樣品距離加近，然後增大振幅，使探針在振盪至波谷時接觸樣品，由於樣品的表面高低起伏，使得振幅改變。 三朋儀器

  14. Dynamic Mode Animation

  15. Nanosurf easyScan2 FlexAFM組成 掃瞄頭 控制器 三朋儀器

  16. 交換探針的方法 • Removing the Cantilever Holder • Replacing a cantilever 三朋儀器

  17. 軟體上可以直接顯示探針影像 三朋儀器

  18. 實際掃描畫面

  19. Nanosurf FlexAFM ScanHead規格 三朋儀器

  20. Surface after patterning 5x5µm image, z-range: 40nm Spheres on surface 5x5µm image, z-range: 200nm 三朋儀器

  21. The image shows the typical morphology of the filling material of coated paper. Coated3x3µm image, z-range 310nm This image shows the rough fibrous structure of uncoated paper. Uncoated20x20µm image, z-range 1.8µm 三朋儀器

  22. AFM 的其他應用 Nanosurf AFMPhase Detection Microscopy(PDM)的應用 三朋儀器

  23. 為何使用Phase Contrast 模式? • 不管是表面粗糙度或是3D輪廓掃描功能AFM都可以全部包辦，其中AFM還有一項功能就是能夠分辨試片中不同材質的比例分佈。 • 天然橡膠中加入碳黑(Carbon Black)及其它的填補物時，利用AFM 的Phase Contract 模式才能真正得到微細範圍內(幾個µm2)在混鏈過程中是否均勻。 • 主要應用於試料表面，由於吸著力與粘彈性等特性造成探針撓性連杆振動的位相變化，使用相位模式探測可得到較佳的影像，且可與表面形狀同時測定。 帶電的試料、柔軟的試料，且其吸著力強時，使用相位模式的探測較有利。 三朋儀器

  24. 三朋儀器

  25. 三朋儀器

  26. 三朋儀器

  27. 三朋儀器

  28. Cantilever beam astigmatism detection 三朋儀器

  29. AFM 的簡易作動原理 三朋儀器

  30. Phase in dynamic mode AFM (一) 在Dynamic 模式下，給探針的振動頻率和雷射光反射回”四象限”光偵測器的時間差可以得知SAMPLE不同材質的組成。 三朋儀器

  31. Phase in dynamic mode AFM (二) Phase不是畫出表面形貌，而是利用高低來表示材質的不同成分。 三朋儀器

  32. Phase in dynamic mode AFM (三) 三朋儀器

  33. PHASE 影像 木質紙漿纖維 三朋儀器

  34. 利用Phase 圖像觀察 金屬接點在塗佈過程中被汙染的程度 三朋儀器

  35. 利用 Phase Contrast 觀察複合聚合物添加物質的均勻性。 三朋儀器

  36. 三朋儀器

  37. 三朋儀器

  38. 橡膠Phase Contrast 試片表面形貌(Topgraphy)，類似用相機拍攝的原理。 相位圖(Phase)，相同顏色的代表相同的材質。 三朋儀器 (Nanosurf AFM 操作軟體)

  39. 上下移動bar可以改變組合範圍 三朋儀器 (Nanosurf Report AFM分析軟體)

  40. 利用二進元圖形分析法將類似的相位抓在一起。利用二進元圖形分析法將類似的相位抓在一起。 不同的相位角度代表不同的添加的物質。 生膠部分 添加 材料 橡膠Phase Contrast 三朋儀器 (Nanosurf Report AFM分析軟體)

  41. 操作模式設定 新增PHASE圖像 注意 :Free Vibration amplitude : 06~ 1 V 在Phase Contrast 的模式下會比標準設定值0.2 V 來的清析。 三朋儀器 (Nanosurf AFM 操作軟體)

  42. 為什麼輪胎材料「橡膠」須要用AFM來量測 ? 三朋儀器

  43. 混練膠流後的橡膠，切開後發現「外」面與「內」面的硬度不同。混練膠流後的橡膠，切開後發現「外」面與「內」面的硬度不同。 切開 外 外 外 外 內 外 三朋儀器

  44. 找出原因 ??? (1)是甚麼原因造成硬度不同? (2)行駛中的輪胎會不會因為輪胎表皮和內 部硬度不同加上溫度變化的關係而破裂 造成危險。 三朋儀器

  45. 研究討論方向 １）找出哪一種添加料造成硬度不同的關係。 ２）這個添加料是不是因為接觸空氣產生了　　　 　　變化。 ３）這個添加料是不是因為試體冷卻時間不 　　同造成硬度的變化（橡膠外部接觸空氣 　　的部份冷卻較快。）　 三朋儀器

  46. AFM 的應用 • AFM 可以量測物體表面的3D形貌。 • AFM 可以利用相位差(PHASE)的方式量測出試體表面不同的成分比例。 • 利用AFM側向力(Lateral Force)量測方法，找出物體相對於探針的不同的磨擦力也可以量測出被測體表面不同材質的分部情形。 三朋儀器

  47. 一般掃描及PHASE 的應用 Lateral Force的應用 三朋儀器

  48. AFM 在PHASE 的應用原理 Phase不是畫出表面形貌，而是利用圖面高低來表示材質的不同成分。 非接觸式 三朋儀器

  49. AFM在 Lateral Force的應用原理 接觸式 不同材質的情況 相同材質但是形貌高低的情況 接觸式 三朋儀器

  50. 實際用AFMPHASE 掃描(1) 相同一個 SAMPLE ，利用標準 AFM 及 PHASE 量測模式呈現不同形貌 標準 AFM 量測結果 PHASE 量測結果 三朋儀器

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