振动模式扫描极化力显微镜及其应用

振动模式扫描极化力显微镜采用一种新的扫描探针显微成像方式 ,它可以在极化力介导的非接触方式和轻敲方式之间自由切换。在极化力介导的非接触方式中 ,极化力叠加在范德华力上 ,克服了一般的原子力显微镜(AFM)非接触模式中因成像力程太短而不容易稳定的缺点 ;通过调节针尖的高度 ,从极化力介导的非接触方式进入到极化力介导的轻敲方式 ,又能部分消除AFM轻敲模式中毛细力的干扰 ,还可以用比AFM轻敲模式中最小稳定成像力更小的力进行成像。针尖的高度可以通过调节Asp(Amplitudesetpoint)或插入扫描高度参数 (liftscanheight)来控制 ,这一方法简单易行。利用这一模式对胶体金颗粒和DNA的高度进行测量 ,在一定程度上证明了轻敲模式中针尖压力的确会造成柔软生物样品的变形。

振动模式扫描极化力显微镜对氧化石墨烯热还原过程的实时原位监控

通过调控GO(graphene oxide,GO)的还原程度可以得到电学性质不同的石墨烯,能更广泛地应用于纳米电子器件的构造中。本文利用振动模式扫描极化力显微镜(vibrating scanning polarization force microscopy,VSPFM)实时监控了氧化石墨烯的热还原反应过程。实验中发现GO的热还原启动逐点发生,在同一片中间还原态GO上的局域介电常数分布不均匀,而不同片的GO还原反应的进程也有差别。发现GO和还原的GO(reduced grapheneoxide,rGO)在VSPFM中呈现出不同的表观高度,由此可以在云母和玻璃以及同一片GO上直接辨别GO和rGO。这种实时原位监控单片层GO的各个还原状态的方法将推动它在纳米电子学领域的多种应用。

基于原子力显微镜技术测量衬底表面柔软样品高度的方法研究

利用原子力显微镜技术 (AFM)研究柔软样品特别是生物分子的力学性质是当前生物物理的热点之一 ,但在柔软样品的压弹性 (例如高度测量 )方面的研究结果远离实际情况。一个相当重要的原因是因为目前AFM技术本身的限制。例如目前的AFM技术测量得到的空气中DNA分子的高度约 0 .7～ 0 .8nm ,而普遍接受的DNA分子的直径约2nm。利用我们发展的振动模式扫描极化力显微镜 (VSPFM)技术 ,测得在空气中双链DNA分子 (dSDNA)的高度在 1.3nm左右。研究表明 ,对比目前的AFM技术 ,VSPFM具有针尖与样品相互作用力极小、作用力可以精确控制、几种工作模式可以自由稳定切换等优势 ,非常适合于柔软样品 (尤其是生物分子 )的表面局域弹性性质 (如高度测量 )

PT/PZT/PT铁电薄膜的电畴结构与极化保持特性

用Sol-Gel法制备出了具有良好铁电性、纯钙钛矿结构的PbTiO3/Pb(Zr0.3Ti0.7)O3/PbTiO3铁电薄膜.在扫描力显微镜的压电响应模式下,薄膜电畴压电响应的振幅像和相位像都表现为亮暗(黑白)和灰度衬度.其复杂的畴衬度可归因于晶粒的结晶取向和畴排列所致.对于亮暗衬度区域,对应着极化方向相反的c畴.灰色衬度区域对应着偏离膜平面垂直方向的c畴.电场力响应模式下经12V极化后测得的表面电势图显示,电畴取向极化后,薄膜表面将俘获正电荷.这些俘获的正电荷,使薄膜表面这一区域呈高电势的亮区.在不同时间测得的表面电势图和表面电势线扫描信号可看出,表面势将随着时间的变化而降低,且强电场极化的区域,15min内表面电势下降迅速;弱场极化的区域表面电势变化缓慢.说明薄膜的极化保持特性与极化场强有密切的关系,在合适的电场下,薄膜极化后将会有较好的保持特性.