用针尖扫描原子

原子力显微镜(AFM)是材料科学中用于表面机械扫描的重要工具。对表面原子和纳米针尖之间的作用力进行测量和计算，得到纳米级的分辨率。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得到更广泛的应用。在这项复杂的研究中，8通道频谱数字化netbox提供了推动AFMs发展所需的高精度。

原子力显微镜(AFM)发明于1985年，成为世界各地从事表面化学研究的实验室使用的重要工具。其出色的分辨率意味着该仪器可以比传统的光学显微镜显示更多的细节，比传统的光学显微镜多1000倍。而且，与电子显微镜等其他先进系统不同，它可以在原位对样品进行成像。这一点，加上进行地形成像和力测量的能力，使得原子力显微镜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系统的关键元素。目的是简化操作，以及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，以创造可以降低AFM系统复杂性和成本的解决方案。

AFM通常通过扫描样品表面上的悬臂/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。需要采集和分析来自探测器的信号，以确定样品表面的任何拓扑高度变化，从而创建三维地形。

该仪器的核心是一个微悬臂，它与样品相互作用，并为测量纳米机械性能提供“物理链接”。虽然悬臂微加工技术多年来不断发展，但整体设计基本保持不变;被动矩形悬臂已被采用为行业标准。因此，传统的悬臂式仪器需要外部的压电声激励以及外部的光学偏转传感器。对于多频AFM技术的发展趋势来说，这两种组件都不是最佳的，因为多频AFM技术可以将成像信息扩展到形貌之外的纳米机械性能范围，包括样品的刚度、弹性和粘附性。相比之下，在芯片级集成驱动和传感的主动悬臂与传统悬臂相比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、悬臂阵列的并行化以及没有光学干扰。

Ruppert博士和他的同事最近发表了许多论文，提出了新颖的集成悬臂设计，以提高AFM性能，简化操作，并大大减少占地面积和设备成本。论文讨论的主题包括悬臂设计，以优化挠度灵敏度，实现共振频率的任意放置，并允许集成鲁棒多模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的硅，单芯片，MEMS AFM，其特点是集成了平面内静电致动器和热敏传感器，以及用于平面外致动和集成挠度传感的AlN压电层。该方法有可能显著降低AFM的成本和复杂性，并将其应用范围扩展到当前应用之外。

为了进行这种类型的研究，重要的是要有高精度的测量设备，可以采集和分析来自这些集成微悬臂的传感器信号。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。为此，研究小组使用了Spectrum instruments公司的DN2.593-08型数字化仪netbox。该单元具有8个完全同步的数字化通道，每个通道能够以高达40 MS/s的速率采样信号，具有16位分开云体育官网登录平台网址辨率。为了控制和数据传输，数字化netbox通过简单的gb以太网电缆连接到主机。

研究人员迈克尔·鲁珀特博士说:“拥有像数字化netbox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。该装置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，以便正确表征系统的性能。”

更多关于Spectrum的信息可以在www.spectrum-instrumentation.com。