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            力調制模式成像技術

            ? ? ? ?力調制模式(Force Modulation Mode,FMM)是原子力顯微鏡的一種擴展功能。力調制模式的原理如下圖所示:

            AFM力調制模式成像技術原理圖

            原子力顯微鏡力調制模式的原理

            ? ? ? ?在原子力顯微鏡的接觸模式(Contact mode)下,額外對探針在掃描的垂直方向施加一小的振蕩激勵,震蕩頻率(調制頻率)遠高于比掃描速度和系統反饋的速度,這樣,相當于對探針與樣品的作用力大小設置點基礎上進行調制,而探針對樣品的平均作用力同簡單接觸模式是相等的。由于探針針尖與樣品相接觸,表面阻止了微懸臂的振蕩并引起它的彎曲。在相同作用力和相同的調制幅度的條件下,樣品剛性區域的形變要比柔性區域小很多。也就是說,對于垂直振蕩的探針,剛性表面對其產生更大的阻力,隨之微懸臂的彎曲就較大。微懸臂形變幅度的變化就是對表面相對剛性程度的測量。在對樣品進行掃描成像時,形貌信息(直流或非振蕩形變)與代表樣品剛度的力調制數據(AC或振蕩形變)是同時采集的,因此可以實時同步原位得到樣品表面形貌和剛度分布。

            ? ? ? ?使用力調制技術在那些形貌特征差別不明顯的表面上,進行表面相對彈性的觀察研究是很有意義的。力調制技術在聚合物、半導體、材料組成和其他領域有著很大的應用前景。

            ? ? ? ?下圖為本原儀器獲得的碳纖維/復合材料橫截面區域的表面形貌和相對剛度檢測結果:

            未經處理的碳纖維復合材料力調制檢測結果圖

            未經處理的CF/EP復合材料表面的形貌和相對剛度圖像

            左:形貌圖,右:相當剛度圖

            氧化處理的碳纖維復合材料力調制檢測結果圖

            氧化處理的CF/EP復合材料表面形貌和相對剛度圖像

            左:形貌圖,右:相當剛度圖

            ? ? ? ?下圖為復合材料橫截面檢測得到的力調制圖像和沿圖像中虛線的得到剛度分布圖:

            碳纖維-環氧樹脂力調制檢測結果

            CF/EP力調制圖像和剛度分布

            左:力調制圖像,右:剛度分布圖(沿圖像中虛線)
            碳纖維-環氧樹脂碳納米管力調制檢測結果

            CF/EP-CNTs力調制圖像和剛度分布

            左:力調制圖像,右:剛度分布圖(沿圖像中虛線)
            碳纖維碳納米管-環氧樹脂力調制檢測結果

            CF-CNTs/EP力調制圖像和剛度分布

            左:力調制圖像,右:剛度分布圖(沿圖像中虛線)
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