一种微米级或亚微米级纤维样品的扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种微米级或亚微米级纤维样品的扫描方法，采用将微米级或亚微米级纤维样品逐步转移的制样方法，在可视范围内选择单层、多根相互平行且紧密排列的微米级或亚微米级纤维的位置进针，并进行测量。此种方法具有操作简单，高效实用的优点，能够得到图像清晰的微米级或亚微米级纤维的表面形貌。

【技术实现步骤摘要】
(—)
:本专利技术涉及一种基于扫描探针显微镜的扫描检测技术，特别是一种应用扫描探针显微镜对微米级或亚微米级纤维样品表面进行表面形貌检测的方法。
技术介绍
:原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)是扫描探针显微镜的一种工作模式，AFM的基本原理是使用对微弱力非常敏感的弹性悬臂上的针尖对样品表面作光栅式扫描，当探针非常靠近样品时，其顶端的原子与样品表面原子间的作用力会使悬臂梁偏离原来的位置，此时入射到悬臂梁上的激光也会随之发生偏转并投射到一个四象限的探测器上，随后根据扫描样品时探针的偏离量重建三维图像，就能获得样品表面的形貌。纤维的结构控制技术已经从最初的直径为数十微米及十数微米级的纤维向数微米级以及亚微米(几百纳米)级纤维结构发展。制造细而强度高的复合纤维是人们一直追求的技术，并且人们开始在这些微米级亚微米级的纤维上修饰一些其他的材料以增强它的某一功能。对于微米级或亚微米级纤维样品的表征方法有多种，相对于其他仪器，原子力显微镜显著的优点就是能够在大气环境下对样品进行检测，并且可以得到样品的三维形貌，进而分析样品表面信息，例如高度分布、粗糙度等。对于被测表面比较平整的样品，我们比较容易得到样品的表面形貌，而要对直径为几个微米或几百纳米的纤维样品表面进行扫描就比较困难，这是因为:一、由于测试中观察不到探针的针尖位置，所以很难准确的将探针定位到单根的微米级或亚微米级纤维样品表面；二、由于微米级或亚微米级纤维样品是束状的，很容易形成交错的结构，下针后针尖可能被交错的微米级或亚微米级纤维样品架空，探针无法到达样品的表面，或者造成探针拖动微米级或亚微米级纤维样品，扫描不到测试者定位的表面。本专利技术能够克服以上难点，并且得到图像清晰的微米级或亚微米级纤维样品的表面形貌。
技术实现思路
:本专利技术的目的在于提供。，其特征在于具体步骤如下:(I)准备设备:采用的设备是多功能扫描探针显微镜，它是由扫描控制器、扫描管、激光器、显微镜光学系统、光电探测器、计算机显示系统、样品台和探针装置组成，所说的探针装置由探针和探针架组成，所说的探针为适用于轻敲模式的探针，它由探针的悬臂梁和探针的针尖组成，所说的样品台吸附在扫描管上；(2)将双面胶粘在一个样品台表面；(3)剪一束微米级或亚微米级纤维样品，将微米级或亚微米级纤维样品轻轻的吸附到双面胶上，并铺满双面胶；(4)将双面胶贴在另一个同等大小的样品台表面，将粘有双面胶的样品台对准粘有微米级或亚微米级纤维样品的样品台，轻轻按压，使一部分微米级或亚微米级纤维样品转移到另外一个粘有双面胶的样品台上；(5)如果转移的微米级或亚微米级纤维样品的层数太多，可以多次重复步骤(2) (4)，直到在双面胶表面存留一薄层的微米级或亚微米级纤维样品；(5)将探针固定在探针架上，然后将探针架固定在样品台的上方；(6)调整激光器产生的激光光路，使得激光打到探针的悬臂梁上，并反射到光电探测器上；(7)调节显微镜光学系统聚焦到微米级或亚微米级纤维样品的表面；(8)在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择轻敲模式，调整探针的悬臂梁的固有频率为90 700KHz。(9)缓慢升高扫描管，使探针缓慢逼近微米级或亚微米级纤维样品的表面，当计算机显示系统中的显示器显示的探针所成的两个像即将重合时，说明探针已经接近微米级或亚微米级纤维样品的表面，停止升高扫描管；(10)将扫描速度(scan rate)设为0.5 2Hz，其他扫描参数:积分增益(integral gain)设为 0.2 0.5,比例增益(Proportionalgain)设为 0.3 0.8，振幅设定值(amplitude setpoint)设为I 5V ;虽然微米级或亚微米级纤维样品表面整体起伏比较大，但是在小范围内表面还是比较平滑的，为了保护探针，扫描时先将扫描尺寸设为0.5 2微米，然后慢慢增加扫描尺寸；(11)在显微镜光学系统的可视范围内选择单层、多根相互平行且紧密排列的微米级或亚微米级纤维样品的位置，在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择下针图标，探针自动进针到微米级或亚微米级样品的表面，当探针达到微米级或亚微米级样品表面时，探针开始对微米级或亚微米级样品进行扫描；(12)如果扫描过程中没有扫描到理想的位置，可以利用Offset命令重置扫描图像的中心点；(13)扫描完成，得到微米级或亚微米级纤维样品的表面形貌图像。上述所说的探针是适用于轻敲模式的探针，弹性系数为0.5N/m ΙΟΟΝ/m，共振频率是 90KHz 700KHz。本专利技术的优越性和技术效果:本专利技术采用了将样品逐步转移的制样方法，避免了束状的纤维形成重叠交叉的结构，将探针架空，或者造成探针拖动微米级或亚微米级纤维样品，使探针无法到达微米级或亚微米级纤维样品表面；在可视范围内选择单层、多根相互平行且紧密排列的微米级或亚微米级纤维样品的位置进针，这样可以避免下针后针尖偏离微米级或亚微米级纤维样品的表面，扫描到双面胶上，污染探针；本方法为表征微米级亚微米级纤维样品的表面形貌提供了途径。附图说明:图1为本专利技术所涉所使用的设备结构示意图。图2为探针在微米级或亚微米级纤维样品“直径为几个微米的碳纤维”表面扫描的工作示意图。图3为本专利技术所涉得到的直径为几个微米的碳纤维表面形貌图。其中I为扫描控制器,2为扫描管,3为激光器,4为光电探测器,5为显微镜光学系统，6为计算机显示系统,7为样品台,8为探针装置,8-1为探针,8-2为探针架,8-1-1为探针的悬臂梁，8-1-2为探针的针尖，9为微米级或亚微米级纤维样品。具体实施方式:实施例:(见图1-2)，其特征在于具体步骤如下:(I)准备设备:采用的设备是多功能扫描探针显微镜，它是由扫描控制器1、扫描管2、激光器3、光电探测器4、显微镜光学系统5、计算机显示系统6、样品台7和探针装置8组成，所说的探针装置8由探针8-1和探针架8-2组成，所说的探针8-1为适用于轻敲模式的探针，它由探针的悬臂梁8-1-1和探针的针尖8-1-2组成，所说的样品台7吸附在扫描管2上；(2)将双面胶粘在一个样品台7表面；(3)剪一束微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9，将微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9轻轻的吸附到双面胶上，并铺满双面胶；(4)将双面胶贴在另一个同等大小的样品台7表面，将粘有双面胶的样品台7对准粘有微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9的样品台7，轻轻按压，使一部分微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9转移到另外一个粘有双面胶的样品台7上；(5)如果转移的微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9的层数太多，可以多次重复步骤(2) (4)，直到在双面胶表面存留一薄层的微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9 ；(5)将探针8-1固定在探针架8-2上，然后将探针架8-2固定在样品台7的上方；(6)调整激光器3产生的激光光路，使得激光打到探针的悬臂梁8-1-1上，并反射到光电探测器4上；(7)调节显微镜光学系统5聚焦到微米级或亚微米级纤维样品直径为几个微米的碳纤维9的表面；(8)在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择轻敲模式，调整探针的悬臂梁8-1-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微米级或亚微米级纤维样品的扫描方法，其特征在于具体步骤如下：(1)准备设备：采用的设备是多功能扫描探针显微镜，它是由扫描控制器、扫描管、激光器、显微镜光学系统、光电探测器、计算机显示系统、样品台和探针装置组成，所说的探针装置由探针和探针架组成，所说的探针为适用于轻敲模式的探针，它由探针的悬臂梁和探针的针尖组成，所说的样品台吸附在扫描管上；(2)将双面胶粘在一个样品台表面；(3)剪一束微米级或亚微米级纤维样品，将微米级或亚微米级纤维样品轻轻的吸附到双面胶上，并铺满双面胶；(4)将双面胶贴在另一个同等大小的样品台表面，将粘有双面胶的样品台对准粘有微米级或亚微米级纤维样品的样品台，轻轻按压，使一部分微米级或亚微米级纤维样品转移到另外一个粘有双面胶的样品台上；(5)如果转移的微米级或亚微米级纤维样品的层数太多，可以多次重复步骤(2)～(4)，直到在双面胶表面存留一薄层的微米级或亚微米级纤维样品；(5)将探针固定在探针架上，然后将探针架固定在样品台的上方；(6)调整激光器产生的激光光路，使得激光打到探针的悬臂梁上，并反射到光电探测器上；(7)调节显微镜光学系统聚焦到微米级或亚微米级纤维样品的表面；(8)在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择轻敲模式，调整探针的悬臂梁的固有频率为90～700KHz。(9)缓慢升高扫描管，使探针缓慢逼近微米级或亚微米级纤维样品的表面，当计算机显示系统中的显示器显示的探针所成的两个像 即将重合时，说明探针已经接近微米级或亚微米级纤维样品的表面，停止升高扫描管；(10)将扫描速度(scan?rate)设为0.5～2Hz，其他扫描参数：积分增益(integral?gain)设为0.2～0.5，比例增益(Proportionalgain)设为0.3～0.8，振幅设定值(amplitude?setpoint)设为1～5V；虽然微米级或亚微米级纤维样品表面整体起伏比较大，但是在小范围内表面还是比较平滑的，为了保护探针，扫描时先将扫描尺寸设为0.5～2微米，然后慢慢增加扫描尺寸；(11)在显微镜光学系统的可视范围内选择单层、多根相互平行且紧密排列的微米级或亚微米级纤维样品的位置，在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择下针图标，探针自动进针到微米级或亚微米级样品的表面，当探针达到微米级或亚微米级样品表面时，探针开始对微米级或亚微米级样品进行扫描；(12)如果扫描过程中没有扫描到理想的位置，可以利用Offset命令重置扫描图像的中心点；(13)扫描完成，得到微米级或亚微米级纤维样品的表面形貌图像。...

【技术特征摘要】
1.一种微米级或亚微米级纤维样品的扫描方法，其特征在于具体步骤如下: (1)准备设备:采用的设备是多功能扫描探针显微镜，它是由扫描控制器、扫描管、激光器、显微镜光学系统、光电探测器、计算机显示系统、样品台和探针装置组成，所说的探针装置由探针和探针架组成，所说的探针为适用于轻敲模式的探针，它由探针的悬臂梁和探针的针尖组成，所说的样品台吸附在扫描管上； (2)将双面胶粘在一个样品台表面； (3)剪一束微米级或亚微米级纤维样品，将微米级或亚微米级纤维样品轻轻的吸附到双面胶上,并铺满双面胶； (4)将双面胶贴在另一个同等大小的样品台表面，将粘有双面胶的样品台对准粘有微米级或亚微米级纤维样品的样品台，轻轻按压，使一部分微米级或亚微米级纤维样品转移到另外一个粘有双面胶的样品台上； (5)如果转移的微米级或亚微米级纤维样品的层数太多，可以多次重复步骤(2) (4)，直到在双面胶表面存留一薄层的微米级或亚微米级纤维样品； (5)将探针固定在探针架上，然后将探针架固定在样品台的上方； (6)调整激光器产生的激光光路，使得激光打到探针的悬臂梁上，并反射到光电探测器上； (7)调节显微镜光学系统聚焦到微米级或亚微米级纤维样品的表面； (8)在多功能扫描探针显微镜自带的在线控制软件中选择轻敲模式，调整探针的悬臂梁的固有频率为90 700KHz。(9)缓慢升高扫描管，使探针缓慢逼近微米...

【专利技术属性】
技术研发人员：高瑞玲，范红涛，翟勇，
申请(专利权)人：国家纳米技术与工程研究院，
类型：发明
国别省市：