1、橫向力顯微鏡（LFM）

 

橫向力顯微鏡（LFM）是在原子力顯微鏡（AFM）表面形貌成像基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)之一。工作原理與接觸模式的原子力顯微鏡相似。當(dāng)微懸臂在樣品上方掃描時(shí)，由于針尖與樣品表面的相互作用，導(dǎo)致懸臂擺動(dòng)，其擺動(dòng)的方向大致有兩個(gè)：垂直與水平方向。一般來(lái)說(shuō)，激光位置探測(cè)器所探測(cè)到的垂直方向的變化，反映的是樣品表面的形態(tài)，而在水平方向上所探測(cè)到的信號(hào)的變化，由于物質(zhì)表面材料特性的不同，其摩擦系數(shù)也不同，所以在掃描的過(guò)程中，導(dǎo)致微懸臂左右扭曲的程度也不同，檢測(cè)器根據(jù)激光束在四個(gè)象限中，（A+C）-（B+D）這個(gè)強(qiáng)度差值來(lái)檢測(cè)微懸臂的扭轉(zhuǎn)彎曲程度。而微懸臂的扭轉(zhuǎn)彎曲程度隨表面摩擦特性變化而增減（增加摩擦力導(dǎo)致更大的扭轉(zhuǎn)）。激光檢測(cè)器的四個(gè)象限可以實(shí)時(shí)分別測(cè)量并記錄形貌和橫向力數(shù)據(jù)。

 

2、曲線測(cè)量

 

SFM除了形貌測(cè)量之外，還能測(cè)量力對(duì)探針-樣品間距離的關(guān)系曲線Zt（Zs）。它幾乎包含了所有關(guān)于樣品和針尖間相互作用的必要信息。當(dāng)微懸臂固定端被垂直接近，然后離開(kāi)樣品表面時(shí)，微懸臂和樣品間產(chǎn)生了相對(duì)移動(dòng)。而在這個(gè)過(guò)程中微懸臂自由端的探針也在接近、甚至壓入樣品表面，然后脫離，此時(shí)原子力顯微鏡（AFM）測(cè)量并記錄了探針?biāo)惺艿牧Γ瑥亩玫搅η€。Zs是樣品的移動(dòng)，Zt是微懸臂的移動(dòng)。這兩個(gè)移動(dòng)近似于垂直于樣品表面。用懸臂彈性系數(shù)c乘以Zt，可以得到力F=c·Zt。如果忽略樣品和針尖彈性變形，可以通過(guò)s=Zt-Zs給出針尖和樣品間相互作用距離s。這樣能從Zt（Zs）曲線決定出力-距離關(guān)系F（s）。這個(gè)技術(shù)可以用來(lái)測(cè)量探針尖和樣品表面間的排斥力或長(zhǎng)程吸引力，揭示定域的化學(xué)和機(jī)械性質(zhì)，像粘附力和彈力，甚至吸附分子層的厚度。如果將探針用特定分子或基團(tuán)修飾，利用力曲線分析技術(shù)就能夠給出特異結(jié)合分子間的力或鍵的強(qiáng)度，其中也包括特定分子間的膠體力以及疏水力、長(zhǎng)程引力等。

 

3、納米加工

 

掃描探針納米加工技術(shù)是納米科技的核心技術(shù)之一，其基本的原理是利用SPM的探針－樣品納米可控定位和運(yùn)動(dòng)及其相互作用對(duì)樣品進(jìn)行納米加工操縱，常用的納米加工技術(shù)包括：機(jī)械刻蝕、電致/場(chǎng)致刻蝕、浸潤(rùn)筆（Dip-PenNano-lithography，DNP）等。