原子力显微镜(AFM)是材料科学中的重要工具，用于表面的机械扫描。作用在表面原子和纳米针尖之间的力被测量和计算，给出了一纳米级分数的分辨率。现在，澳大利亚纽卡斯尔大学正在改进和简化这些复杂的机器，以便在世界各地的实验室中更广泛地使用。在这项复杂的研究中，一个8通道频谱数字化netbox提供了推动afm进化所需的高精度。
原子力显微镜(AFM)发明于1985年，成为世界各地实验室用于表面化学的重要工具。其卓越的分辨率意味着该仪器可以比传统的光学显微镜揭示更多的细节，其倍数超过1000倍。而且，与电子显微镜等其他先进系统不同的是，它可以对样品进行原位成像。这一点，以及执行地形成像和力测量的能力，使得AFMs非常适合研究软生物材料、聚合物、纳米结构和各种其他材料。
在纽卡斯尔大学，Michael Ruppert博士和他的团队正在改进AFM系统的关键要素。其目的是简化操作，并提高这些显微镜的整体性能。的精密机电一体化实验室该大学电气工程与计算学院汇集了纳米技术、机电一体化、微机电系统(MEMS)和低噪声电子设计方面的专业知识，创造出可以降低AFM系统复杂性和成本的解决方案。
AFM通常通过扫描横跨样品表面的悬臂/尖端来创建地形图像。然后使用激光束和位置敏感光电二极管探测器来确定悬臂挠度的微小变化。来自探测器的信号需要采集和分析，以确定样品表面的任何拓扑高度变化，以创建三维地形。
仪器的核心是一个微悬臂，它与样品相互作用，并提供测量纳米力学性能的“物理链接”。虽然多年来悬臂微加工技术不断进步，但总体设计基本没有变化;被动矩形悬臂梁已被采用为行业标准。因此，传统的悬臂装置需要外部压电声激励以及外部光学偏转传感器。这两种成分都不是多频AFM技术的最佳趋势，该技术可以将成像信息从地形扩展到一系列纳米力学性能，包括样品刚度、弹性和粘附性。相比之下，在芯片层面上具有集成驱动和传感的主动悬臂比传统悬臂具有几个明显的优势，包括没有安装系统的结构模式，缩小尺寸的可能性，单芯片AFM实现，并行悬臂阵列以及没有光学干扰。
Ruppert博士和他的同事最近发表了一些论文，提出了新颖的集成悬臂设计，以提高AFM性能，简化操作，大幅减少占地面积和设备成本。论文讨论的主题包括优化挠度灵敏度的悬臂设计，实现谐振频率的任意放置，并允许集成的鲁棒多模Q控制。在与德克萨斯大学达拉斯分校的合作中，Ruppert博士还共同开发了第一个绝缘体上硅，单片机，MEMS AFM，具有集成平面内静电执行器和电热传感器，以及用于平面外执行器和集成挠度传感的AlN压电层。该方法有可能显著降低AFM的成本和复杂性，并将其应用扩展到现有应用之外。
要进行这种类型的研究，重要的是拥有高精度的测量设备，允许从这些集成的微悬臂中获取和分析传感器信号。通过确定振幅噪声谱密度，可以获得悬臂系统的重要参数，包括共振时的热噪声、悬臂跟踪带宽和仪器的电子噪声底板。为此，研究小组使用了Spectrum Instrumentation公司的DN2.593-08型数字化netbox。该设备有8个完全同步的数字化器通道，每个通道都能够以高达40 MS/s的速率采样信号，具有16位开云体育官网登录平台网址分辨率。为了进行控制和数据传输，digitizerNETBOX通过一根简单的gb以太网电缆连接到主机。
研究人员Michael Ruppert博士说:“拥有像digitizerNETBOX这样的测量工具对我们在这里所做的工作至关重要精密机电一体化实验室．该单元允许我们同时对多个集成传感器区域进行高分辨率、低噪声测量，以正确地描述系统的性能。”
有关Spectrum的更多信息，请访问www.spectrum-instrumentation.com．