原子力显微镜及其在ZAO薄膜等材料研究中的应用

论文摘要

原子力显微镜自1986年问世以来,经过二十多年的技术改进和应用研究,凭借纳米量级的超高精度和不受样品表面导电性限制等优势奠定了它作为一种独立的表面分析仪器的地位,促进了纳米科技领域的高速发展,尤其在材料学、生命科学和生物学方面的应用研究方面具有较高的科研价值,为这些领域开创了巨大的发展空间。近年来,纳米科技的研究与应用正日渐深入,随着原子力显微镜等显微分析技术的日益深入和完善,在原子尺度和纳米尺度,对材料结构和性能的分析研究备受关注。首先,本论文简述了原子力显微镜（Atomic Force Microscopy,AFM）的发展历程;从理论上探讨了AFM的工作机理;并针对Agilent PicoPlusⅡ型机进行了整机系统的深入了解。其次,以原子力显微镜（Agilent PicoPlusⅡ和Olympus IX71倒置显微镜组成的原子力显微镜系统）为主要研究手段,在室温大气条件下,采用AFM的接触模式,分别对不同温度下采用磁控溅射法制备的Si基底和Ti衬底上生长Al掺杂ZnO透明导电薄膜的样品表面进行扫描成像,并用后处理软件作样品表面粗糙度、颗粒尺度分析。测试观察到当沉积温度小于450℃时样品表面粗糙度、颗粒尺度增大,与非自发成核条件下的成核热力学理论相符;当沉积温度大于450℃时表面粗糙度、颗粒尺度减小,这是薄膜生长过程中应力状态的改变所造成的。用显微拉曼光谱仪（英国Renishaw公司的invia型光谱仪组装的显微拉曼仪）对上述样品作对比测试,得到了基本一致的变化关系。再次,对芳纶纤维、银胶粒子、流感病毒、Ge2Sb2Te5薄膜等进行扫描成像,获得了样品表面微观结构、颗粒尺度、表面粗糙度等信息,扩展了AFM在材料、生物表面观测中的应用。证明了AFM在材料、生物表面形貌、颗粒大小和表面粗糙度研究中能发挥很大的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 原子力显微镜简介
• 1.1.1 远场显微镜发展史
• 1.1.2 近场显微镜发展史
• 1.1.3 原子力显微镜及其特点
• 1.2 AFM的发展现状及其应用
• 1.2.1 AFM发展现状
• 1.2.2 AFM应用研究
• 1.3 原子力显微镜的局限性
• 1.4 本文主要研究内容与研究结果
• 2 AFM原理与仪器介绍
• 2.1 AFM的基本原理
• 2.1.1 AFM的成像原理
• 2.1.2 AFM的成像模式
• 2.1.3 AFM的操作模式
• 2.2 AFM的仪器介绍
• 2.2.1 AFM的微悬臂和微探针
• 2.2.2 AFM微悬臂运动检测装置
• 2.2.3 压电陶瓷扫描器
• 3 基于AFM的Ti衬底掺铝氧化锌薄膜研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 样品的制备
• 3.2.2 样品的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 两类 ZAO薄膜的表面形貌特征及其对比
• 3.3.2 两类 ZAO薄膜的拉曼光谱对比
• 3.4 结论
• 4 AFM的其他应用
• 4.1 芳纶纤维
• 4.2 表面增强拉曼散射中的银胶粒子
• 2Sb₂Te₅薄膜'>4.3 Ge₂Sb₂Te₅薄膜
• 4.4 流感病毒
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢