AFM(原子力显微镜)

编辑:侵略网互动百科 时间:2019-12-09 13:24:16
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AFM全称Atomic Force Microscope,即原子力显微镜,它是继扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope)之后发明的一种具有原子级高分辨的新型仪器,可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的物理性质包括形貌进行探测,或者直接进行纳米操纵;现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医药研究和科研院所各种纳米相关学科的研究实验等领域中,成为纳米科学研究的基本工具。
中文名
原子力显微镜
外文名
AFM
应用领域
半导体、纳米功能材料等领域
性    质
原子级高分辨的新型仪器

AFM概述

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AFM是由G.Binning在STM的基础上于1986年发明的表面观测仪器。
AFM=Atomic Force Microscope(原子力显微镜)。原子力显微镜与扫描隧道显微镜相比,由于能观测非导电样品,因此具有更为广泛的适用性。当前在科学研究和工业界广泛使用的扫描力显微镜(Scanning Force Microscope),其基础就是原子力显微镜。

AFM原理:

当原子间距离减小到一定程度以后,原子间的作用
力将迅速上升。因此,由显微探针受力的大小就可以直接
换算出样品表面的高度,从而获得样品表面形貌的信息。

AFM分类﹕

(1) 接触式﹕利用探针和待测物表面之原子力交互作用(一定要接触),此
作用力(原子间的排斥力)很小,但由于接触面积很小,因此过大的作用力
仍会损坏样品,尤其对软性材质,不过较大的作用力可得较佳分辨率,所
以选择较适当的作用力便十分的重要。由于排斥力对距离非常敏感,所以较易得到原子分辨率。
(2) 非接触式﹕为了解决接触式之AFM 可能破坏样品的缺点,便有非接
触式之AFM 被发展出来,这是利用原子间的长距离吸引力来运作,由于
探针和样品没有接触,因此样品没有被破坏的问题,不过此力对距离的
变化非常小,所以必须使用调变技术来增加讯号对噪声比。在空气中由于
样品表面水模的影响,其分辨率一般只有50nm,而在超高真空中可得原子分辨率。
(3) 轻敲式﹕将非接触式AFM 改良,将探针和样品表面距离拉近,增大振福,使探针再振荡至波谷时接触样品由于样品的表面高低起伏,使的振幅改变,再利用接触式的回馈控制方式,便能取得高度影像。分辨率界于接触式和非接触式之间,破坏样品之机率大为降低,且不受横向力的干扰。不过对很硬的样品而言,针尖仍可能受损。
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AFM优点:

原子力显微镜的出现无疑为纳米科技的发展起到了推动作用。以原子力显微镜为代表的扫描探针显微镜是利用一种小探针在样品表面上扫描,从而提供高放大倍率观察的一系列显微镜的总称。原子力显微镜扫描能提供各种类型样品的表面状态信息。与常规显微镜比较,原子力显微镜的优点是在大气条件下,以高倍率观察样品表面,可用于几乎所有样品(对表面光洁度有一定要求),而不需要进行其他制样处理,就可以得到样品表面的三维形貌图象。并可对扫描所得的三维形貌图象进行粗糙度计算、厚度、步宽、方框图或颗粒度分析。具体如下:
1.高分辨力能力远远超过扫描电子显微镜(SEM),以及光学粗糙度仪。样品表面的三维数据满足了研究、生产、质量检验越来越微观化的要求。
2.非破坏性,探针与样品表面相互作用力为10-8N以下,远比以往触针式粗糙度仪压力小,
陶瓷膜表面形貌 陶瓷膜表面形貌
因此不会损伤样品,也不存在扫描电子显微镜的电子束损伤问题。另外扫描电子显微镜要求对不导电的样品进行镀膜处理,而原子力显微镜则不需要。
3.应用范围广,可用于表面观察、尺寸测定、表面粗糙测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、VCD涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。
4.软件处理功能强,其三维图象显示其大小、视角、显示色、光泽可以自由设定。并可选用网络、等高线、线条显示。图象处理的宏管理,断面的形状与粗糙度解析,形貌解析等多种功能。[2] 

AFM铁磁性

AFM(Antiferromagnetism):反铁磁性FM(Ferromagnetism): 铁磁性

AFM其它相关

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AFM=Air Force Manual
Air Force Manual《空军手册》([美]USAF出版物);
AFM=Antifrictional Metel
Antifrictional Metel减摩金属
AFM=Abrasive Flow Machining
磨料流加工(Abrasive Flow Machining简称AFM)技术是一种最新的机械加工方法,它是以磨料介质(掺有磨粒的一种可流动的混合物)在压力下流过工件所需加工的表面,进行去毛刺、除飞边、磨圆角,以减少工件表面的波纹度和粗糙度,达到精密加工的光洁度。AFM法在需要繁复手工精加工或形状复杂的工件,以及其他方法难以加工的部位是最好的可供选择的加工方法。AFM法也可应用于以滚筒、震动和其它大批量加工不够满意或加工时要受伤的工件。并且能有效得到去除放电加工或激光光束加工后再生的脱层和先前工序加工表面所残留的残余应力。
工件夹持在夹具中,把流动的介质导向工件所需磨掉的部位,而其它部分不受影响。夹具紧固在对置的介质圆柱筒间,让磨料介质来回流动。

AFM工艺

由美国与萨诸塞州Dynetics公司开发的Dynaflow磨料流加工工艺(AFM)是一种强迫含磨料的介质在工件表面或孔中往复运动的金属精加工工艺, 它具有广泛的应用前景。
年前, AFM当最先出现时, 它主要用于清除金属件中难于到达的内通道及相交部位的毛刺。它特别适用于加工难加工合金材料制成的结构复杂的航空元件。它已被用于精加工流体动力元件中表面粗糙度要求达0.127µm的不能接近的内表面。
AFM的基本原理:介质速度最大时, 磨光的能力也最大。这里, 夹具的结构起着重要作用, 它决定着介质速度在何处最大。夹具用于使工件定位和建立介质流动轨迹, 是精加工所选择部位而不触及相邻部位的关键所在。
AFM=Analyzing Financial Accounting
Analyzing Financial Accounting,分析金融会计学,是会计学的一门基础课程。
AFM=Active Fuel Management

AFM简介

主动燃油管理(Active Fuel Management),又名Displacement on Demand,简写AFM或DOD,是汽车发动机一项节能减排技术,最早就通用汽车公司提出,并开始在1981年运用于通用凯迪拉克车型L62发动机上。这项技术可以使发动机根据工况要求,选择在低负荷情况下关闭部分气缸停止工作,从而达到改善燃油经济性和减少废气排放的目的,它一般运用于V6或V8发动机上。根据EPA测试显示,使用该项技术的发动机可以有效减少5.5%至7.5%的燃油消耗。

AFM发展过程

当车辆急加速或高负载时,需求多缸发动机较高的功率输出,但是,根据统计显示,在日常的用车过程中,大多数情况发动机的功率使用均低于25%,比如车辆在高速公路开行时,仅需要40马力(30千瓦)的功率输出便可以满足车辆前进动力需求,以及必要的附件运转,比如空调开启。  当汽油发动机运转在低负载条件下,发动机的有效压缩比远小于标定的压缩比值,节气门处于不完全打开状态,发动机在每一个进气冲程中的进气量也远小于满负荷的最大进气量,因此,燃烧室里面混合气体燃烧产生的压力和温度也远小于满负荷状态,根据热力学定律,发动机的热效率转换也远小于其可达的最大热效率值,即是发动机燃烧热能转化为运转机械能的效率不高。  因此,在大部分的日常车辆使用过程中,高功率,大排量的发动机配备实际上并没有被发挥到极致,反而在一定程度上造成了浪费,并增加了额外的燃油消耗。  主动燃油管理(active fuel management)技术就是针对这种情况而产生的,它可以根据发动机的运转工况要求,智能的控制发动机运转,在低负荷时,关闭部分气缸,以减少燃油消耗,提高热转化效率,在高负荷时,开启全部气缸,又能使功率输出满足驾乘需求。

AFM工作原理

主动燃油管理(active fuel management)技术是通过电磁阀来控制液压气门挺杆的油路供给,通过调整选定气缸气门挺杆的机油压力,使得部分气缸气门保持关闭,这些气缸将会停止进气或排气,被选定的气缸将不参与发动机功率输出,从而达到提高燃油经济性的目的。  为了达到关闭气缸的效果,当发动机燃烧作功冲程完成后,排气门将被电磁阀控制而保持关闭,当发动机排气冲程时,废气将在气缸内保留并被压缩,当发动机进入进气冲程时,进气门也被电磁阀控制而保持关闭,使得气缸不能进气,这样保留在气缸之中的废气将会在发动机各冲程中不断被压缩和膨胀,类同于气弹簧。根据发动机气缸分布,那么一次会有多个气缸被同时关闭(例如V8发动机1,4,6和7缸),当其中两缸废气处于被压缩状态时,另外两缸废气将会处于被膨胀状态,这样的平衡使得这些气缸的关闭并不会对发动机造成额外的负担,不会影响发动机的正常运转。当发动机工况改变,需要更大的功率输出时,那么被关闭气缸的排气门将会在排气冲程中打开,废气将会被排出,发动机进入全缸正常工作状态,为车辆带来更大的动力。

AFM技术意义

主动燃油管理(active fuel management)技术的应用,对发动机性能提升,燃油经济性的提高有直接的作用,同时也可有效减少发动机废气排放,属于一项节能减排的发动机技术。通用汽车公司是现今最早使用该技术的汽车公司,在通用汽车1981的凯迪拉克车型L62发动机上,便运用了主动燃油管理(active fuel management)技术。[3] 
参考资料
词条标签:
仪器