靜電力顯微鏡

靜電力顯微鏡

Force Force Force

概述

靜電力顯微鏡(英文名:Electrostatic Force Microscopy, 簡稱EFM)是一種利用測量探針與樣品的靜電相互作用,來表征樣品表面靜電勢能,電荷分布以及電荷輸運的掃描探針顯微鏡

工作原理

靜電力顯微鏡的工作原理與原子力顯微鏡類似。關鍵部分都是由懸臂樑組成的探針。但與原子力顯微鏡測量探針與樣品的范德華力不同,靜電力顯微鏡通過測量兩者的庫侖相互作用來實現樣品成像。工作時,探針與樣品之間被加上工作電壓,懸臂樑探針受靜電力的作用,在樣品表面震盪,但不接觸樣品表面。范德華力隨著原子間距離r成1 / r6衰減,因而原子力顯微鏡必須保證探針與樣品表面幾乎接觸。相比之下,隨1 / r2衰減的庫侖力較為長程,通常探針與樣品表面的工作距離為100納米。假設樣品與探針之間的電壓為ΔV,等效電容為C,那么系統的總能量為:

用z來代表樣品表面的法線方向,則探針所受的靜電力可以表示為:

與原子力顯微鏡相同,靜電力顯微鏡也可以在液體環境中工作。

缺點

在實際操作中,由於探針與樣品之間既有范德華力,又有庫侖力。即使選用較大的工作距離,有時仍不能完全忽略原子力存在。目前通常的解決方法是將探針與樣品之間的直流電壓改為交流信號。最後,在處理信號時,只處理相關頻率的交流信號,就可以將范德華力的影響排除在外。 另見:開爾文探針力顯微鏡

參考文獻

Electric Force Microscopy-High Resolution and High Sensitivity Imaging of Electrostatic Force Electrostatic Force Microscope for Probing Surface Charges in Aqueous Solutions by S. Xu and M.F. Arnsdorf

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