有效的隔振解决方案消除噪音AFM

在生物工程、材料科学和纳米技术等使用高灵敏度设备和仪器(如扫描探针显微镜(SPMs))的行业中,即使是微量的振动噪声也会影响图像和数据的质量。

有一个宽范围的扫描探针显微术中使用的探针,以及收集到的信息可以采取许多形式,包括地形,元素组成,电导率,和其他。为了精确地记录和测量数据,仪器必须保持探头,舞台,和检测器之间的均匀的距离。

由于这些技术对环境干扰很敏感,spm通常需要某种形式的隔振。根据许多因素,如环境的噪声水平(声学、振动和电磁噪声)、热波动、应用领域和使用的设备类型,建议消除被动或主动隔振系统AFM噪音


扫描探针显微镜(SPM)

扫描探针显微镜(SPM)的操作通过光栅探针的表面的样品,以获取信息。SPM中使用的探针种类繁多,所收集的信息可以有多种形式——地形、元素组成、电导率等——这取决于所使用的探针类型。


扫描隧道显微镜(STM)用STM ts - 150

扫描隧道显微镜(STM)是第一种被开发的SPM。第一个STM是由IBM的研究人员在1981年开发的。STM的工作原理是将原子尖头(通常为钨)与样品近距离接触,然后对尖头施加偏置电压,产生隧穿电流。当尖端光栅穿过表面时,将电流电平与参考电平进行比较,并生成样品表面的形貌。STM成像可以在露天或超高真空室(uhf -STM)中进行。

STM使研究人员能够以以前从未有过的分辨率水平查看样本。他们现在可以观察和操纵单个原子。毫不夸张地说,STM的发展彻底改变了纳米技术研究领域。它不仅本身提供了新的能力,而且通过建立SPM的一些基本概念,STM被证明是一个新的显微镜领域的基础。


原子力显微镜(AFM)Veeco公司多模式的TS-140  - 圭尔夫 -  2

原子力显微镜(AFM)是应用最广泛的SPM技术。原子力显微镜通过拖动一个称为尖端的超细机械探针,在样品表面进行操作。而不是实际接触样品,尖端接近样品表面,并与样品表面上的原子力相互作用。尖端附在悬臂梁上,当尖端光栅穿过样品表面时,悬臂梁发生偏转。激光从悬臂的背面反射到一个探测器上,探测器在探针移动时收集信息并生成样本的图像。由此产生的图像以极高的分辨率提供了对样品地形的极好的观察。除了上面描述的原始接触模式外,AFM还开发了许多其他操作模式,包括非接触模式、攻丝模式和力调制。

第一个商用原子力显微镜于1988年问世。从那时起,原子力显微镜已经发展成为支持纳米技术研究的最重要的工具之一。原子力显微镜已经上升到突出,因为它易于使用和无与伦比的能力,以收集高度精确的地形数据在纳米尺度。AFMs现在在大学的科学部门和大公司的研发部门很常见。AFM的新应用不断发展,例如使用AFM技术诊断和研究癌细胞。


锚AFM性能的主,被动隔离比较
TS-150的Veeco多模式性能的比较


性能对比

AFM探针使用干涉被成像。尖端被悬浮在空气中,以测量的噪声到达探头的量。该视频被取测量应用在下列条件下的质量:无振动隔离;使用光学表;并使用Herzan TS188188bet 体育 滚球-150主动隔振表。

可以看到,到达探测器的噪声几乎完全消除了。


这是威斯康星大学麦迪逊分校三楼的实验室,材料科学中心


锚典型的应用


SPM其他类型

由于第一扫描探针显微镜的发展,SPM的原理已被应用到新技术的阵列。扫描近场光学显微镜(SNOM或NSOM)利用具有孔作为光探测器,以提供具有优良的空间分辨率和光谱信息图像的尖端。扫描离子电导显微镜(SICM)措施地形并使用充有以非接触模式电解质带电移液管的样品的离子电流。SICM是生物应用特别有用。浸笔纳米平版印刷术(DPN)应用于扫描探针技术光刻,使用悬臂和尖端将材料沉积到衬底上。


锚生态环境问题

扫描探针显微技术对环境的干扰臭名昭著敏感。这种敏感性是在非常高的水平的精度和仪器本身的机械结构操作的结果。为了得到精确的数据,仪器必须保持探头,舞台,和检测器之间的均匀的距离。即使是很小的AFM噪声水平可挫败的组件之间的空间关系,并且导致不准确的数据。

AFM图像的可见噪声AFM高度wo隔离

spm需要某种形式的隔振。spm通常不是大型仪器,所以即使是正常的环境振动也很容易激发它们。此外,由于其易用性,SPMs '被部署在一系列环境中,从高度受控的研究实验室到生产环境。一些spm采用被动振动控制机制,如蹦极系统和空气表。最高精度的应用要求主动振动控制。安装前应使用振动测量设备确定仪器的最佳位置。

使SPM对振动敏感的同样因素也使它们对噪音和气流敏感。在露天使用SPM是不可取的。声学罩可以部署在样品水平,在仪器本身的设计,或围绕整个测试设置。苛刻的SPM应用要求高性能隔音罩设计围绕特定仪器的要求。

其他环境挑战包括控制热波动。材料表现不同,这取决于温度水平,可重复性的测量产生负面影响。电子控制装置可以AFM噪音的另一个来源。的SPM其中测量电导和材料的电特性需要从杂散电磁干扰(EMI)的隔离。

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性能比较 -  TS-150和负刚度系统
综合本底噪声 - TS和负刚度隔振性能比较 - 点击放大