與傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡相比,原子力顯微鏡的分辨本領(lǐng)主要受以下因素影響:
一、針尖因素
AFM原子力顯微鏡成像實際上是針尖形狀與表面形貌作用的結(jié)果,針尖的形狀是影響側(cè)向分辨率的關(guān)鍵因素。具體表現(xiàn)在:
曲率半徑:針尖的曲率半徑?jīng)Q定Z高側(cè)向分辨率。曲率半徑越小,越能分辨精細(xì)結(jié)構(gòu)。
側(cè)面角:探針的側(cè)面角決定Z高表面比率特征的探測能力。
二、掃描參數(shù)
步寬(Step size):原子力顯微鏡圖像由許多點組成,掃描器沿著特定路線進(jìn)行掃描,計算機以一定的步寬取數(shù)據(jù)點。步寬越小,采集到的數(shù)據(jù)點越密集,圖像的側(cè)向分辨率越高。例如,掃描1μm × 1μm尺寸圖像時,若每幅圖像取512×512數(shù)據(jù)點,則步寬為2nm(1μm/512),此時高質(zhì)量針尖可以提供1~2nm的分辨率。
三、設(shè)備性能
原子力顯微鏡的設(shè)備性能也會影響其分辨本領(lǐng),包括但不限于掃描器的精度、穩(wěn)定性、控制系統(tǒng)等。
四、環(huán)境因素
雖然環(huán)境因素對AFM原子力顯微鏡分辨本領(lǐng)的直接影響相對較小,但保持測試環(huán)境的穩(wěn)定(如溫度、濕度、振動等)對于確保原子力顯微鏡的高分辨率成像仍然至關(guān)重要。
五、與光學(xué)顯微鏡的對比
光源限制:光學(xué)顯微鏡的分辨率受到光源波長的限制,波長越短,分辨率越高。而AFM原子力顯微鏡則不受此限制,因為它不依賴光學(xué)成像原理。
衍射極限:光學(xué)顯微鏡由于光的衍射特性存在“衍射極限”,限制了其分辨本領(lǐng)的進(jìn)一步提升。而原子力顯微鏡通過檢測樣品表面與探針之間的相互作用力來成像,不受衍射極限的影響。
綜上所述,AFM原子力顯微鏡的分辨本領(lǐng)主要受針尖形狀、掃描參數(shù)、設(shè)備性能以及環(huán)境因素的影響。這些因素共同決定了原子力顯微鏡在納米尺度下對樣品表面形貌和結(jié)構(gòu)的高分辨率表征能力。