靜電力顯微鏡

靜電力顯微鏡(英語: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,來表徵樣品表面靜電勢能,電荷分佈以及電荷輸運的[掃描探針顯微鏡]。

工作原理

 
靜電力顯微鏡的工作原理

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。范德華力隨着原子間距離  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 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 ,等效電容為 ,那麼系統的總能量為:  

 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。

參見

參考文獻