輪廓儀電路圖

① AFM中樣品表面性質對測量的影響

原子力顯微鏡中探針與樣品間作用力及AFM 的應用

馬全紅 趙 冰X 張征林 朱爭鳴
(東南大學化學化工系 南京210096)

摘要 綜合討論了原子力顯微鏡(AFM) 中探針與樣品間作用力,特別是范德華力的形成機制;
並假定針尖形狀為拋物形,定量研究了針尖與樣品間作用力,探討了AFM 的若干應用。

1 前言[1～3 ]

在現代科學技術中,常常需要研究尺寸小於可見光波長的物體,例如研究單個蛋白質分
子,考察樣品中原子尺度的缺陷,設計微電子電路圖等等,幾十年來雖有許多用於表面結構分
析的現代儀器問世,但多數技術都是繁瑣的、破壞性的方法。1982 年,國際商業機器公司蘇黎
士實驗室的Gerd Binig 和Heinrich Rohrer 研製成功了掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Micro2
scope ,STM) ,1986 年又推出了原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope ,AFM) ,從而打開了直接觀
測微觀世界的大門。

掃描隧道顯微鏡利用量子理論中的隧道效應,控制隧道電流的恆定而使探針隨表面起伏
運動,從而描繪出表面態密度的分布或原子排列的圖象,STM 只能直接觀察導體和半仿攔導體的表
面結構,在原子力顯微鏡中,不再要求試樣具有導電表面,而是利用探針尖端原子與試樣表面
原子的電子雲相重疊時所產生的作用力,大大擴展了它的適用范圍,適用於更多類型材料的表
面成像。AFM 的工作原理接近指針輪廓儀,且採用STM 技術。其原理示意圖見圖1:

將一個對微弱力極敏感
的微懸臂一端固定,其彈性常
數比原子間彈性常數低一個
數量級, 另一端有微小針尖,
由於針尖尖端原子與樣品原
子間存在極微弱的作用力
(10 -8 ～10 -6N) ,掃描時控製作

用力的恆定,帶針尖的微懸臂圖1 STM 和AFM 原理示意圖
將對應於原子間作用力的等
位面,在垂直於樣品表面方向起伏運動,利用光學檢測法或隧道電流檢測法,測得微懸臂對應
於掃描各點的位置變化,從而獲得樣品表面原子級形貌信息。

X 東南大學生醫系生物電子學實驗室

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圖2 虛光子分布示意圖

2 AFM 中探針和樣品間作用力[4～6]

2. 1 范德華力
任何物體在它的內部或表面都存在有波動電磁場,一部分表現為傳輸波,一部分表現為有
阻尼、按指數衰減的「瞬時」波,這種輻射場主要有兩個來源:量子振動和永久多電極的熱激發。
在AFM 探針逐漸靠近樣品表面時,產生「虛光子圖像」(virtual
photon image) ,如圖2 所示。針尖與樣品相距很遠時,其表面附
近將出現一定的虛光子分布。當它們靠近後虛光子彼此發生
交換作用碼大仿, 從而引起二者之間的宏觀范德華力( VDW) 。
Dzyalosdinskii ,Lifshitz 和Pitaevskii (DLP) 運用量子場統計物理的
方法,首次計算了浸在水溶液中的兩個宏觀物體之間互相作用
所產生的范德華力,其相互作用力的大小和范圍以一種復雜的
方式依賴於探針、樣品和針尖附近樣品表面的微觀幾何特徵和
介電特性。在非接觸式AFM 中,可進行合理的幾何假設並假定探針和樣品具有類似球體的各
向同性介電性質,這樣就可以用DLP 形基本框架進行研究。為此可提出「Hamaker 常數」、「非遲纖
阻滯Hamaker 常數」「、阻滯波長」3 個常數來完整地表述由探針、樣品和環境介質所組成的系
統,把非接觸AFM 作為圖像形貌和表面分析的一個理想工具。

2. 2 其他作用力
針尖與樣品表面可能發生形變,從而有形變(或粘滯) 力,若探針和樣品接觸到液體,則常
會觀察到它們表面帶有電荷,產生靜電力;此外,特定材料的探針和樣品,可能會有磁力,樣品
表面可能存在液體而產生表面張力,以及一些由於彼此間化學結合而產生的作用力。若對探
針和樣品進行預處理和精心設計,可避免形變力、磁力、表面張力、化學作用力等影響,作為近
似計算,可以只考慮斥力和范德華力。

2. 3 作用力的定量研究
根據Lennard2Janes 公式,原子間的相互作用勢能如下:
αβ

u(r) = 12 -6 (1)

rr
其中, r 是所研究的原子之間的距離,α、β為相互作用參數,第一項是相互排斥作用勢能,
第二項是范德華力的相互吸引作用勢能。
首先求算范德華力,正象文獻[5] 中所指出的「宏觀物體間的范德華力是由它們中單個原
子間作用的總和決定的」,據此可以確定此長程力隨距離的變化規律。假設針尖繞Z 軸旋轉
成拋物形,尖端的曲率半徑設為R,d 為針尖至樣品平面距離,則有針尖方程為:

22

x +y

Z= 2 R
+d (2)

計算樣品平面( x. y) 和單個針尖原子之間的引力勢能u( l) ,忽略樣品的有限尺寸引起的
邊緣效應,可以得到:

βn1π

u(l) =-
6 l2 (3)

式中, l 是從針尖原子到樣品之間的距離,n1 是樣品的原子密度。
此式對高為H 的拋物形針尖進行積分,經整理得到范德華引力為:

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AR d2

Fatt =-
6 d2 (1 -3
H2 ) (式中A 為Hamarker 常數) (4)

再求算斥力,針尖和樣品間的斥力是短程力,一般可表示為exp ( -r/ r0), r0 為相互作用
半徑(<0.1nm) ,其有效相互排斥僅發生在最近的原子之間,由此得到針尖和樣品間的斥力勢
能:
urep = αN/ d12 (5)
α為參數,N 是針尖尖端的有效原子數,在一般的研究中可根據針尖的半徑來確定。若考
慮針尖尖端發生形變,樣品形變忽略不計,對形變後的針尖和平面樣品進行積分,得斥力為:

Frep = 4π2αn1 n2 r 40 R(1 +
Δr0
d) exp (-
d+
r0
Δd) (6)

式中d 為非形變針尖和樣品間距,Δd 為針尖形變數, n2 是針尖原子密度。

最終可求得針尖和樣品表面作用力為:

Ftot =
12αN-
AR
-3 d2
(7)

d13 6 d2 (1
H2)

2. 4 其他形狀的針尖
在前面的討論中我們假定了針尖為拋物形,實際針尖可能是其它形狀,如圓錐形、雙曲線、
球形等等。但不管何種針尖,只要保持曲率半徑R 不變,斥力就相同, 而引力與長程相互作用
有關,隨針尖形狀不同,可以對(3) 式按針尖形狀進行積分得到引力。經計算發現,如果曲率半
徑R > 10nm , 無論選擇何種形狀針尖得到的Ftot 都是一樣的。在一般的實驗中這個條件可以
得到滿足。

3 AFM 的應用前景[7～11]

AFM 具有解析度高、成本低、消耗低、工作范圍寬等一系列優點, 可在真空、大氣、溶液、常
溫、低溫等不同的環境下工作,已被大量應用於表面分析領域,通過對表面形貌的分析、歸納、
總結,可進一步得到更深層次的信息。

用AFM 已經獲得了包括絕緣體和導體在內的許多不同材料的原子級解析度圖像,首先獲
得的是層狀化合物圖像,如石墨、MoS2 和氮化硼等。其後又在大氣和水覆蓋下獲得在雲母片
上外延生長的金膜表面的原子圖像,還得到了LiF 和NaCl 等離子晶體的原子級解析度圖像。

沸石是在原子或分子尺度上具規則小孔或多通道結構的結晶硅鋁酸鹽,已廣泛應用於化
學工業中,用AFM 可實時觀察中性分子和離子在沸石表面的吸附,進而闡明分子篩網內外表
面化學、表面結構和多相催化等許多關於沸石的化學本質。

Si (111) 表面的7 ×7 重構是表面科學中熱點問題之一,曾提出多種理論和實驗技術,採用
AFM/ STM 技術相結合可測得硅活性表面Si (111) -7 ×7 的原子解析度圖像,同時發現GaAs

(110) 有類似於Si (110) 面的鏈狀化學結構,通過表面態密度的能量關聯來區分同一晶胞的不
同化學元素,此技術可推廣到其他異質系統。
AFM 還可以在原子級解析度的水平上對浸在電解液中的電極進行現場觀察,由於AFM 的
針尖可以是不參與電化學反應的非導體,因而比用STM 更為有利。
除了觀察原子級平坦的表面結構之外,AFM 還成功地應用於觀察吸附在基底上的有機分
子和生物樣品,如山梨酸、DNA 、紅紫膜和蛋白質表面,在水下進行AFM 實驗除了允許在較小
相互作用力下工作外,還提供了在生理環境中直接觀察生物樣品的可能性。Quate 等人用AFM

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實時觀察了一種在血液塊凝中起重要作用的蛋白質——血纖維蛋白原的聚合過程,顯示了

AFM 在研究實時生物過程中微妙細節的能力。
Hansma 和Radmacher 等綜合評述了AFM 在有機樣品從分子分辨有機薄膜到活的細胞應
用, 討論了圖像形成機理和新的成像模式,觀察了L2B 膜,同時指出在活性位上「寫」或「擦去」
分子以及控制分子的技術,可為新一代生物感測器奠定基礎。近年來又運用AFM 技術在細胞
上直接觀測到核膜孔、細胞骨架的重排,DNA 和RNA 聚合酶的相互作用、霍亂黴素和百日咳霉
素的結構等, 表明了AFM 在揭示生物和葯物分子結構中的重要作用。
AFM 不僅可以觀察在小范圍內的精細結構,在大尺度物體的形貌觀察中也起著重要作
用,如研究紅血細胞、白血細胞、光碟中的記錄位、集成電路晶元、半導體的傾斜超晶格結構等。
利用AFM 測量中對力的極端敏感性,可以測量樣品表面的納米級力學性質如彈性、塑性、
硬度和粘著力等,還能在原子水平上測量摩擦力,研究摩擦機理和液晶分子取向。在半導體技
術中用於分析晶粒尺寸、表面微粗糙度、表面缺陷和臨界尺寸,表徵平面結構和半導體薄膜,優
化清洗和刻蝕工藝等微細加工過程。

大量實例表明AFM 作為一項獨立的表面結構分析方法, 已日趨成熟。它能夠得到原子
級解析度的圖像,測量原子表面間作用力,分辨出單個原子。實時的得到表面三維圖象,及對
應於表面電子密度的形貌;觀察單個原子層的局部表面結構、表面缺陷、表面重構、表面吸附體
的形態和位置,以及由吸附體引起的表面重構等;測量表面的彈性、塑性、硬度、粘著力、摩擦力
等性質。配合掃描隧道譜還可得到有關表面電子結構的信息,例如表面的不同層次的態密度、
表面電子阱、表面勢壘的變化和能隙結構等。可以預料AFM 在表面科學、材料科學、生命科學
等領域中有著廣闊的應用前景。

參 考 文 獻

1 Rnggar D. Physical Today , 1990 ,43(9) :23～30
2 白春禮. 掃描隧道顯微技術及其應用. 上海:上海科技出版社,1992
3 Hansma P K, Hings V B. Science , 1988 ,242 : 209～226
4 Hartmann U. Ultramicros ,1992,42-44: 59～65
5 Sokolor I Y. Surface science , 1994 ,311 : 287～294
6 Girard C. Physical Review B , 1989 ,40 (18) : 12133～12139
7 Komiyaa M. Jpn J Appl Phys , 1996 ,35(4A) :2318～2325
8 Peters L. Semiconctor International . 1993 ,8 :61～64
9 Wison D L. J Vac Sci Technol , 1996 ,B14 (4) :2407～2416

10 Giessibl F J . Science , 1995 ,267(6) :68～71
11 張亦奕1 電子顯微學新進展1 合肥:中國科技大學出版社,1996

(上接第28 頁) 參 考 文 獻

1 Brown I D , Altermatt D. Acta Cryst , 1985 ,B41 :244
2 Thorp H H. Inorg Chem , 1992 ,31 :1585
3 Chaudhuri P. Angew Chem , Int Ed Engl , 1985 ,24 :778
4 Scarrow R C. J Am Chem Soc , 1987 ,109 :7857
5 Bastian N R. J Am Chem Soc , 1988 ,110 :5581
6 Liu W, Thorp H H. Inorg Chem , 1993 ,32 :

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② 溫控表TDW2001電路圖怎麼畫

溫控儀表電路圖大全： 參考 http://www.cndzz.com/search. asp 查詢「溫控」結果如下，我不懂這個的，你看有沒有相似的。 WK型3 1/2位數字溫控儀電路 2005-3-1 555單相可控硅過零觸發電爐溫控裝置電路 2005-1-14 555用於加溫控制的調功器電路 2005-1-14 555簡易恆溫控制器電路 2005-1-14 555小型畜、禽舍恆溫控制電路 2005-1-12 555帶有加溫音響報叫的限溫控制器電路 2005-1-11 555電風扇溫控器電路 2005-1-11 電熱毯溫控器電路 2005-1-7 電容降壓式電源電路及電容器的選用及注意事項 2005-1-5 電熱毯自動保護恆溫器電路 2005-1-5 電冰箱溫控器代用電路 2005-1-5 用NE555製作的恆溫控制電路 2005-1-5 電冰箱自動除臭器電路 2005-1-5 固體繼電器SSR 2004-12-29 簡單實用的恆溫控制器電路 2004-12-29 簡單人工智慧的溫度控制電路 2004-12-29 555電熱毯溫控器電路 2004-12-29 紅外取暖器溫度控制電路 2004-12-29 使用四比較器的恆溫控制器電路 2004-12-29 Y982電加熱器溫控電路 2004-12-29 可控溫的電熱毯溫控器電路圖 2004-12-28 電熱毯溫控器 TDW2001 這個只有一些說明，圖不好找的。 http://www.elecn.net/IC/3/ IC2020602198882_1.html 圖3是TDW2001型溫控儀內部電路圖， 元件標號是筆者編制的，在其印刷電路板上有排列整齊的兩排電阻， 其中最長的一排有10隻電阻，標以R1～R10； 另一排有8隻電阻，標以R01～R08； 其他元件的標號是隨意確定的。 圖3中帶圓圈的字元表示的接線端鈕與圖1中溫控儀後面板接線盒的 接線端鈕，對應連接…… 祝你順利！

③ XMT數顯調節儀接線線路圖

如圖：

智能數顯調節儀採用最新型的專用晶元製成、齊全的輸出和調節規律供選擇、具有專掉電保護屬功能、精度等級±0.3%FS±1dig、具有全輸入功能，使儀表能起到一表多用、線性輸入時量程可隨意遷移、顯示清晰直觀、可靠而實用的儀表安裝結構。

(3)輪廓儀電路圖擴展閱讀：

調節儀（閥位控制）主要用於窯爐的溫度控制，它可省去伺服放大器直接驅動執行機構，廣泛用於陶瓷、玻璃等行業。吸收了國外儀表的先進技術，它既可工作於有閥位反饋信號的場合也可省去了繁瑣的反饋信號接線。具有硬手操、手動/自動無擾動切換功能；

可任意設定最小閥位與最大閥位，並限制閥門的位置，可適配各種輸入信號。光柱顯示閥位,具有閥位死區，控制死區，點動功能，並且死區范圍可任意設定。

智能顯示調節儀與各類感測器、變送器配合使用，智能顯示調節儀可對溫度、壓力、液位、流量、重量等工業過程參數進行測量、顯示、報警控制、變送輸出、數據採集及通訊。

④ 汽車儀表盤指示燈電路圖y_u和t_u是怎麼回事

y_u 和 t_u 是汽車儀表盤指示燈電路圖中常見的標識符。它們分別代表著不同的電槐鎮氣連接方式。

通常情況下，y_u 表示的是實際應用中存在的連接線路。這些線路通常是通過各種感測器或開關與車輛的電子控制單元（ECU）或中央處理器（CPU）相連，以便在需要時向儀表盤上的指示燈發送信號。例如，發動機故障指示燈就是通過檢測發動機的工作狀況，並將相關信息游塵傳輸至ECU，最終通過 y_u 線路連接至儀表盤上的指示燈來顯示。

而 t_u 則通常用於表示標准化測試和驗證過程中使用的虛擬測試信號線路。這些信號線通常由測試和校準設備生成，並且與特定的測試點、控制項鉛磨粗或功能模擬器連接。在進行汽車儀表盤指示燈測試時，測試設備會向 t_u 線路發送測試信號，以模擬真實車輛的各種操作條件和故障情況，以確保儀表盤指示燈的正常工作。

總之，y_u 和 t_u 都是汽車電路設計和測試領域中通用的概念，可用於描述儀表盤指示燈的電氣連接方式，便於工程師進行設計和測試。

⑤ 網線測線儀的原理圖

2.在組建區域網時，需要測試每一條網線的連通性及線序;在區域網日常維護工作中，當網路出現故障時，也常常需要測試網線的連通情況。本例介紹的網線測試儀，採用發光二極體來顯示網線的通斷及線序狀態，具有較高的實用性和性價比，易於製作和調試。

電路工作原理
該網線測試儀電路由延時控制電路、分頻控制電路和LED指示電路組成，如原理圖所示。

2.1 延時控制電路由時基集成電路ICl、可變電阻器RPl、按鈕SIa、二極體VDO、晶體管VO、電阻器Rl-R3、電容器Cl-C3和繼電器KO組成。

2.2 分頻控制電路由計數脈沖分頻器集成電路IC2、復位按鈕Slb、電阻器R4-R13、晶體管Vl-V8、發光二極體VL0和繼電器KI-K8組成。

2.3 LED顯示電路由Kl-K8的控制觸頭、二極體VDl-VD8、發光二極體VLl-VLl6、連接插座XSl、XS2和被測網線組成。

2.4 測試時，將被測網線接於XSl和XS2之間。然後接通電源開關S2，按下SI(Sla、Slb)，IC2清零復位，YO端輸出高電平，VLO點亮。此時Cl經Sla放電，使ICl的2腳和6腳變為低電平，3腳輸出高電平，使VDO和VO截止，KO不吸合。松開Sl後，Cl通過RPl和Rl充電，使ICl的2腳和6腳電壓不斷上升，ICl進人延時狀態。當ICl的2腳、6腳電壓達到6V時，ICl內電路翻轉，3腳輸出低電平，使VDO和VO導通，KO通電吸合，其常開觸頭接通，使Cl快速放電，ICl的2腳和6腳又變為低電平，3腳輸出高電平，VO截止，KO釋放，ICl開始下一次延時。
2.5 與此同時，IC2的CP端產生一個計數脈沖，使其YO端輸出低電平，VL0熄滅;Yl端輸出高電平，Vl導通，Kl通電吸合，其常開觸頭Kl-0接通，常閉觸頭Kl-l和Kl-2斷開，VLl點亮。若被測網線的第1根線正常，則VL9也被點亮;否則VL9不發光或發光亮度不足。依次類推，隨著延時控制電路周期性地輸出觸發脈沖，IC2的Y2-Y8端依次輸出高電平，使V2-V8輪流導通，K2-K8輪流吸合，對網線中的第2根線-第8根線進行測試。
調整RPl的阻值，改變測試時間的長短。
元器件選擇
1.Rl-Rl3選用1/4W金屬膜電阻器或碳膜電阻器。
2.RPl和RP2均選用膜式可變電阻器。
3.Cl和C3均選用耐壓值為l6V的鋁電解電容器;C2選用獨石電容器或滌綸電容器。
4.VDO-VD8均選用1N4148型硅開關二極體。
5.VL0-VLl6均選用φ5mm的高亮度發光二極體，VL0為紅色，VLl-VLl6為綠色。
6.VO選用C8550或3CG8550、S8550型硅PNP晶體管;Vl-V8選用S8050或C8050、7.3DG8050型硅NPN晶體管。
8.KO選用4098型9V百流繼電器;Kl-K8使用兩只4100系列6V直流繼電器串聯或選用有兩組轉換觸頭的9V直流繼電器。
9.S1選用有兩組觸頭的動合按鈕;S2選用微型單極撥動式開關。
10.lCl選用NE555型時基集成電路;IC2選用CD4017型十進制計數/脈沖分配器集成電路。
11.電源可使用9V疊層電池。
12.XSl和XS2使用RJ45型插座盒。

來源編輯：維庫電子市場網>>技術資料>>通信與網路>>網線測試儀

⑥ 儀表接線圖怎麼看

接線圖的接線無非是接輸入輸出最主要的2個部位接好線,和供電電源就可以正常的工作了。高檔，復雜的儀表功能較多，主要是給2次儀表和記錄儀的信號。或者外部的開關信號。把握住儀表的功能就能很容易的接線。

儀表是一個控制機構，它需要一個能採集外部信號的感測器。所以它有一個輸入端。一般輸入端的符號會有英文INPUT 字樣。常見的有：1.Pt100鉑電阻（3線，也有2線）。2.熱電偶（2線）。3.紅外測溫儀（2線，變送出模擬量信號）。

(6)輪廓儀電路圖擴展閱讀：

儀表指示值之間的最大差值，或者說是儀表在外界條件不變的情況下，被測參數由小到大變化（正向特性）和被測參數由大到小變化（反向特性）不一致的程度，兩者之差即為儀表變差。變差大小取最大絕對誤差與儀表標尺范圍之比的百分比：

變差產生的主要原因是儀表偉動機構的間隙，運動部件的摩擦，彈性元件滯後等。取勝著儀表製造技術的不斷改進，特別 是微電子技術的引入，許多儀表全電子化了，無可動部件，模擬儀表改為數字儀表等等，所以變差這個指標在智能型儀表中顯得不那麼重要和突出了。

⑦ 想知道這個料位開關控制電路圖中的儀表是有哪些

從圖片中可以看出來，這個料位開關控制電路圖中分別有料位開關與空氣錘，料位開關是阻旋料位開關。

⑧ 超聲波測距儀電路圖及各部分的原理

超聲波測距儀可分三部分：驅動部分、信號放大部分、信號分析部分。內
驅動部分：將與探頭頻容率一致超聲波脈沖（3-20個），轉換為高壓驅動超聲波探頭，通常使用脈沖變壓器升壓；脈沖發出後，驅動電路處於靜音狀態，此時不要發出任何信號以免干擾信號接收；
信號放大：將超聲波信號放大1000倍以上（10米以上檢測距離需要放大1-10萬倍）並通過帶通，最終轉換為高低電平的觸發信號，准備信號分析。
信號分析部分：統計出超聲波從發射到接收的實際時間，換算成毫秒再乘以聲速再除以2，就是實際檢測距離。
實際上，一個成熟的超聲波測距儀電路還需要考慮很多因素，例如可靠性、探頭壽命、工作溫度范圍，還需要考慮氣溫對聲速的影響。

⑨ j6解放車里程錶電路圖

原理：j6解放車里程錶滾輪計數器是過去常用的純機械式儀表，通過一根軟軸，一頭連到專變速箱輸出軸，另屬一頭連到里程錶，而更常用的電子式儀表，它一般是在變速箱輸出軸或車輪上裝一個轉速感測器，用讀出的轉速通過控制模塊內嵌的計算公式來換算成車速以及歷程。

km前的數表示共走了多少公里，上方的三個000為右邊小柱按鈕按下後剛清零，可以測剛開始走的公里數。

(9)輪廓儀電路圖擴展閱讀：

一般轎車的經濟時速處在60Km/h～80Km/h之間。當汽車運行在經濟時速時是最省油的。無論車速過高或過低對節油都不利。車速低時，活塞的運動速度低，燃燒不完全。車速高時，進氣的速度增加導致進氣阻力增加，同時風阻指數增加，這些都使耗油增加。

一般排量1.2以下501.2-1.6 70左右 1.6-2.0 100左右 2.0以上 大約120。還和車的外形有很大關系，重心越低，外形越像跑車，排量越大經濟時速越高。

低檔高速長距離行車的習慣多發生在初學駕駛者身上。三擋長距離高速行車，比四擋正常行車油耗要增加10%，而如果用二擋代替三擋行車，油耗還會增加。發動機轉數超過規定很多後才加擋，會造成燃油浪費。低檔高速肯定費油，高擋低速肯定省油。