原子力显微镜及其在表面和界面性质研究中的应用

摘要

原子力显微镜作为一种功能强大的显微技术手段，自诞生之日起经历了二十年的迅速发展，如今已被广泛应用于纳米科技的各个领域。本文详细介绍了原子力显微镜技术的基本原理，回顾了它对各个学科研究产生的深刻影响，并且通过实验探讨了原子力显微镜在材料表面、气液界面性质研究中的应用。 在对材料表面性质的研究中，我们使用原子力显微镜观察了材料生长过程中形成的晶界和层状结构，通过对比分析认为，热腐蚀方法的控制和材料烧结温度分别是影响品界深度和层厚度的两个重要因素。此外，为了揭示铁磁性材料的表面特性，我们进行了磁力显微研究，通过检测材料表面漏磁场获得了清晰的磁畴结构。同时，为了揭示铁电材料的表面特性，我们还进行了带电摩擦力显微研究，通过检测自发极化方向对带电针尖摩擦力的影响得到了清晰的电畴结构。 在对气液界面性质的研究中，我们采刚测量力曲线的方法研究固体探针与气一液界面问的相互作用行为。通过分析针尖与水面间相互作用力随距离变化的关系曲线，我们认为：随着探针向水面逼近，水面由于受到范德华引力的作用向上凸起；当探针距离水面较远时，气-液界面的能量存在极小值，水面是稳定的；当探针距离水面很近时，水面的稳定性被破坏，此时气-液界面能量出现极大值，水面进入非稳念阶段，表现出复杂的相互作用行为；最后，随着探针进一步逼近，范德华力梯度超过探针微悬臂的弹性系数，导致探针与水面发生接触。 本文共分五章，第一章回顾了原子力显微镜的发展历史，第二章主要介绍了原子力显微镜的基本原理以及在不同领域中的应用，第三章结合我们实验室的工作对原子力显微镜在表面性质研究中的应用进行了探讨，第四章应用原子力显微镜的力-距离曲线测量模式研究了固体探针与无限大气-水界面的相互作用行为，第五章展望了原子力显微镜的发展前景。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章原子力显微镜的原理和应用

2.1原子力显微镜的工作原理

2.1.1扫描隧道显微镜简介

2.1.2原子力显微镜的基本原理

2.1.3原子力显微镜的工作模式

2.2原子力显微镜的硬件架构

2.2.1力检测部分

2.2.2位置检测部分

2.2.3反馈系统

2.3原子力显微镜的应用领域

2.3.1原子力显微镜在材料科学中的应用

2.3.2原子力显微镜在生命科学中的应用

2.3.3原子力显微镜在微加工和微操作领域的应用

2.3.4原子力显微镜在其它领域中的应用

第3章原子力显微镜在表面科学中的应用

3.1材料表面形貌特征的研究

3.1.1晶界的研究

3.1.2层状结构的研究

3.2材料表面磁畴结构的研究

3.2.1磁畴的基本理论

3.2.2使用AFM观察磁畴的原理

3.2.3磁畴的实验观察

3.3材料表面电畴结构的研究

3.3.1电畴基本理论

3.3.2使用AFM观察电畴的原理

3.3.3电畴的实验观察

第4章原子力显微镜在界面科学中的应用

4.1研究背景

4.2研究内容

4.2.1实验方法

4.2.2实验结果

4.2.3理论分析

4.3结论

第5章原子力显微镜的发展前景

参考文献

致谢

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