【摘要】 轻敲式（Tapping mode）AFM与非接触式AFM比较相似，但它比非接触式AFM有更近的样品与针尖距离。和非接触式AFM一样，在轻敲模式中，压电陶瓷以一种恒定的驱动力使探针悬臂以一定的频率振动。

在做原子力显微镜AFM测试时，科学指南针检测平台工作人员在与很多同学沟通中了解到，好多同学对AFM测试不太了解，针对此，科学指南针检测平台团队组织相关同事对网上海量知识进行整理，希望可以帮助到科研圈的伙伴们；

 

轻敲模式

 

轻敲式（Tapping mode）AFM与非接触式AFM比较相似，但它比非接触式AFM有更近的样品与针尖距离。和非接触式AFM一样，在轻敲模式中，压电陶瓷以一种恒定的驱动力使探针悬臂以一定的频率振动。振动的振幅可以通过检测系统检测，当针尖刚接触到样品时，悬臂振幅会减少到某一数值，在扫描样品的过程中，反馈回路维持悬臂振幅在这一数值恒定，当针尖扫描到样品突出区域时，悬臂共振受到阻碍变大，振幅随之减小。相反，当针尖通过样品凹陷区域时，悬臀振动受到的阻力减小，振幅随之增加。悬臂振幅的变化经检测器检测并输入控制器后，反馈回路调节针尖和样品的距离，使悬臂振幅保持恒定。反馈调节是靠改变Z方向上压电陶瓷管电压完成的。当针尖扫描样品时，通过记录压电陶瓷管的移动就得到样品表面形貌图。这种模式的优点十分明显，分辨率和接触模式一样好，而且由于接触的时间非常短暂，针尖与样品的相互作用力很小，通常在1 pN-1 nN之间，剪切力引起的分辨率降低和对样品的破坏几乎消除，适应于生物大分子，聚合物等软样品进行成像研究，对于一些与基地结合不牢固的样品，轻敲模式与接触模式相比，很大程度降低了针尖对表面结构的搬运效应，轻敲模式在大气和液体环境下都可以实现，在液体操作时，由于液体的阻尼作用，针尖与样品的剪切力更小，对探针的损伤也更小，所以在轻敲模式成像可以用来研究活性生物样品的现场检测，溶液反应的现场跟踪等，轻敲模式另外一个重要的应用就是相位成像，扫描过程中微悬臂的震荡振幅用于反映高度，微悬臂的震荡相位和压电陶瓷驱动信号震荡相位之间的差值来测量表面性质的不同，可以用来检测表面组分，粘附性，摩擦，粘弹性和其他性质变化等，根据样品的软硬对应反馈的相位型号强弱，来检测粘弹性质。

 

其他成像模式

 

峰值力轻敲模式（PeakForce Tapping Mode）是布鲁克公司的独家核心技术，实现了我们大多数的原子力显微镜的创新，在表面的每个点做力曲线（图1），利用峰值力（pN-level）做反馈，通过扫描管的移动来保持探针和样品之间的峰值力恒定，从而反映出表面形貌。使峰值力轻敲模式与众不同的是：探针在其共振频率以下也能很好地摆动。这种情况下，针尖和样品之间的，每次相互作用都能被测量到，产生连续的力-距离曲线。每个针尖与样品相互作用的峰值力保持恒定，而不是反馈环路控制悬臂振幅（如：轻敲模式）。这使得峰值力轻敲可以在较低作用力的状况下操作，而且无论是在空气中或液态中操作也更加稳定。

 

图1 力-距离曲线

 

峰值力轻敲模式的优点很多，比如其直接用力做反馈，自动优化参数，使得探针和样品间的相互作用可以很小，这样就能够对很黏很软的样品（如双面胶）成像，图像可重复性好，除此之外，使用力直接作为反馈，可以直接定量得到表面的力学信息，大气和液相都可以用，省去一些参数设置，反馈优化等步骤，傻瓜式操作，使用简单方便，且图像质量很好，较小的力有利于保护针尖，延长针尖寿命。

 

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