轮廓仪电路图

① AFM中样品表面性质对测量的影响

原子力显微镜中探针与样品间作用力及AFM 的应用

马全红 赵 冰X 张征林 朱争鸣
(东南大学化学化工系 南京210096)

摘要 综合讨论了原子力显微镜(AFM) 中探针与样品间作用力,特别是范德华力的形成机制;
并假定针尖形状为抛物形,定量研究了针尖与样品间作用力,探讨了AFM 的若干应用。

1 前言[1～3 ]

在现代科学技术中,常常需要研究尺寸小于可见光波长的物体,例如研究单个蛋白质分
子,考察样品中原子尺度的缺陷,设计微电子电路图等等,几十年来虽有许多用于表面结构分
析的现代仪器问世,但多数技术都是繁琐的、破坏性的方法。1982 年,国际商业机器公司苏黎
士实验室的Gerd Binig 和Heinrich Rohrer 研制成功了扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Micro2
scope ,STM) ,1986 年又推出了原子力显微镜(Atomic Force Microscope ,AFM) ,从而打开了直接观
测微观世界的大门。

扫描隧道显微镜利用量子理论中的隧道效应,控制隧道电流的恒定而使探针随表面起伏
运动,从而描绘出表面态密度的分布或原子排列的图象,STM 只能直接观察导体和半仿拦导体的表
面结构,在原子力显微镜中,不再要求试样具有导电表面,而是利用探针尖端原子与试样表面
原子的电子云相重叠时所产生的作用力,大大扩展了它的适用范围,适用于更多类型材料的表
面成像。AFM 的工作原理接近指针轮廓仪,且采用STM 技术。其原理示意图见图1:

将一个对微弱力极敏感
的微悬臂一端固定,其弹性常
数比原子间弹性常数低一个
数量级, 另一端有微小针尖,
由于针尖尖端原子与样品原
子间存在极微弱的作用力
(10 -8 ～10 -6N) ,扫描时控制作

用力的恒定,带针尖的微悬臂图1 STM 和AFM 原理示意图
将对应于原子间作用力的等
位面,在垂直于样品表面方向起伏运动,利用光学检测法或隧道电流检测法,测得微悬臂对应
于扫描各点的位置变化,从而获得样品表面原子级形貌信息。

X 东南大学生医系生物电子学实验室

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图2 虚光子分布示意图

2 AFM 中探针和样品间作用力[4～6]

2. 1 范德华力
任何物体在它的内部或表面都存在有波动电磁场,一部分表现为传输波,一部分表现为有
阻尼、按指数衰减的“瞬时”波,这种辐射场主要有两个来源:量子振动和永久多电极的热激发。
在AFM 探针逐渐靠近样品表面时,产生“虚光子图像”(virtual
photon image) ,如图2 所示。针尖与样品相距很远时,其表面附
近将出现一定的虚光子分布。当它们靠近后虚光子彼此发生
交换作用码大仿, 从而引起二者之间的宏观范德华力( VDW) 。
Dzyalosdinskii ,Lifshitz 和Pitaevskii (DLP) 运用量子场统计物理的
方法,首次计算了浸在水溶液中的两个宏观物体之间互相作用
所产生的范德华力,其相互作用力的大小和范围以一种复杂的
方式依赖于探针、样品和针尖附近样品表面的微观几何特征和
介电特性。在非接触式AFM 中,可进行合理的几何假设并假定探针和样品具有类似球体的各
向同性介电性质,这样就可以用DLP 形基本框架进行研究。为此可提出“Hamaker 常数”、“非迟纤
阻滞Hamaker 常数”“、阻滞波长”3 个常数来完整地表述由探针、样品和环境介质所组成的系
统,把非接触AFM 作为图像形貌和表面分析的一个理想工具。

2. 2 其他作用力
针尖与样品表面可能发生形变,从而有形变(或粘滞) 力,若探针和样品接触到液体,则常
会观察到它们表面带有电荷,产生静电力;此外,特定材料的探针和样品,可能会有磁力,样品
表面可能存在液体而产生表面张力,以及一些由于彼此间化学结合而产生的作用力。若对探
针和样品进行预处理和精心设计,可避免形变力、磁力、表面张力、化学作用力等影响,作为近
似计算,可以只考虑斥力和范德华力。

2. 3 作用力的定量研究
根据Lennard2Janes 公式,原子间的相互作用势能如下:
αβ

u(r) = 12 -6 (1)

rr
其中, r 是所研究的原子之间的距离,α、β为相互作用参数,第一项是相互排斥作用势能,
第二项是范德华力的相互吸引作用势能。
首先求算范德华力,正象文献[5] 中所指出的“宏观物体间的范德华力是由它们中单个原
子间作用的总和决定的”,据此可以确定此长程力随距离的变化规律。假设针尖绕Z 轴旋转
成抛物形,尖端的曲率半径设为R,d 为针尖至样品平面距离,则有针尖方程为:

22

x +y

Z= 2 R
+d (2)

计算样品平面( x. y) 和单个针尖原子之间的引力势能u( l) ,忽略样品的有限尺寸引起的
边缘效应,可以得到:

βn1π

u(l) =-
6 l2 (3)

式中, l 是从针尖原子到样品之间的距离,n1 是样品的原子密度。
此式对高为H 的抛物形针尖进行积分,经整理得到范德华引力为:

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AR d2

Fatt =-
6 d2 (1 -3
H2 ) (式中A 为Hamarker 常数) (4)

再求算斥力,针尖和样品间的斥力是短程力,一般可表示为exp ( -r/ r0), r0 为相互作用
半径(<0.1nm) ,其有效相互排斥仅发生在最近的原子之间,由此得到针尖和样品间的斥力势
能:
urep = αN/ d12 (5)
α为参数,N 是针尖尖端的有效原子数,在一般的研究中可根据针尖的半径来确定。若考
虑针尖尖端发生形变,样品形变忽略不计,对形变后的针尖和平面样品进行积分,得斥力为:

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

式中d 为非形变针尖和样品间距,Δd 为针尖形变量, n2 是针尖原子密度。

最终可求得针尖和样品表面作用力为:

Ftot =
12αN-
AR
-3 d2
(7)

d13 6 d2 (1
H2)

2. 4 其他形状的针尖
在前面的讨论中我们假定了针尖为抛物形,实际针尖可能是其它形状,如圆锥形、双曲线、
球形等等。但不管何种针尖,只要保持曲率半径R 不变,斥力就相同, 而引力与长程相互作用
有关,随针尖形状不同,可以对(3) 式按针尖形状进行积分得到引力。经计算发现,如果曲率半
径R > 10nm , 无论选择何种形状针尖得到的Ftot 都是一样的。在一般的实验中这个条件可以
得到满足。

3 AFM 的应用前景[7～11]

AFM 具有分辨率高、成本低、消耗低、工作范围宽等一系列优点, 可在真空、大气、溶液、常
温、低温等不同的环境下工作,已被大量应用于表面分析领域,通过对表面形貌的分析、归纳、
总结,可进一步得到更深层次的信息。

用AFM 已经获得了包括绝缘体和导体在内的许多不同材料的原子级分辨率图像,首先获
得的是层状化合物图像,如石墨、MoS2 和氮化硼等。其后又在大气和水覆盖下获得在云母片
上外延生长的金膜表面的原子图像,还得到了LiF 和NaCl 等离子晶体的原子级分辨率图像。

沸石是在原子或分子尺度上具规则小孔或多通道结构的结晶硅铝酸盐,已广泛应用于化
学工业中,用AFM 可实时观察中性分子和离子在沸石表面的吸附,进而阐明分子筛网内外表
面化学、表面结构和多相催化等许多关于沸石的化学本质。

Si (111) 表面的7 ×7 重构是表面科学中热点问题之一,曾提出多种理论和实验技术,采用
AFM/ STM 技术相结合可测得硅活性表面Si (111) -7 ×7 的原子分辨率图像,同时发现GaAs

(110) 有类似于Si (110) 面的链状化学结构,通过表面态密度的能量关联来区分同一晶胞的不
同化学元素,此技术可推广到其他异质系统。
AFM 还可以在原子级分辨率的水平上对浸在电解液中的电极进行现场观察,由于AFM 的
针尖可以是不参与电化学反应的非导体,因而比用STM 更为有利。
除了观察原子级平坦的表面结构之外,AFM 还成功地应用于观察吸附在基底上的有机分
子和生物样品,如山梨酸、DNA 、红紫膜和蛋白质表面,在水下进行AFM 实验除了允许在较小
相互作用力下工作外,还提供了在生理环境中直接观察生物样品的可能性。Quate 等人用AFM

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实时观察了一种在血液块凝中起重要作用的蛋白质——血纤维蛋白原的聚合过程,显示了

AFM 在研究实时生物过程中微妙细节的能力。
Hansma 和Radmacher 等综合评述了AFM 在有机样品从分子分辨有机薄膜到活的细胞应
用, 讨论了图像形成机理和新的成像模式,观察了L2B 膜,同时指出在活性位上“写”或“擦去”
分子以及控制分子的技术,可为新一代生物传感器奠定基础。近年来又运用AFM 技术在细胞
上直接观测到核膜孔、细胞骨架的重排,DNA 和RNA 聚合酶的相互作用、霍乱霉素和百日咳霉
素的结构等, 表明了AFM 在揭示生物和药物分子结构中的重要作用。
AFM 不仅可以观察在小范围内的精细结构,在大尺度物体的形貌观察中也起着重要作
用,如研究红血细胞、白血细胞、光盘中的记录位、集成电路芯片、半导体的倾斜超晶格结构等。
利用AFM 测量中对力的极端敏感性,可以测量样品表面的纳米级力学性质如弹性、塑性、
硬度和粘着力等,还能在原子水平上测量摩擦力,研究摩擦机理和液晶分子取向。在半导体技
术中用于分析晶粒尺寸、表面微粗糙度、表面缺陷和临界尺寸,表征平面结构和半导体薄膜,优
化清洗和刻蚀工艺等微细加工过程。

大量实例表明AFM 作为一项独立的表面结构分析方法, 已日趋成熟。它能够得到原子
级分辨率的图像,测量原子表面间作用力,分辨出单个原子。实时的得到表面三维图象,及对
应于表面电子密度的形貌;观察单个原子层的局部表面结构、表面缺陷、表面重构、表面吸附体
的形态和位置,以及由吸附体引起的表面重构等;测量表面的弹性、塑性、硬度、粘着力、摩擦力
等性质。配合扫描隧道谱还可得到有关表面电子结构的信息,例如表面的不同层次的态密度、
表面电子阱、表面势垒的变化和能隙结构等。可以预料AFM 在表面科学、材料科学、生命科学
等领域中有着广阔的应用前景。

参 考 文 献

1 Rnggar D. Physical Today , 1990 ,43(9) :23～30
2 白春礼. 扫描隧道显微技术及其应用. 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 张亦奕1 电子显微学新进展1 合肥:中国科技大学出版社,1996

(上接第28 页) 参 考 文 献

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 温控表TDW2001电路图怎么画

温控仪表电路图大全： 参考 http://www.cndzz.com/search. asp 查询“温控”结果如下，我不懂这个的，你看有没有相似的。 WK型3 1/2位数字温控仪电路 2005-3-1 555单相可控硅过零触发电炉温控装置电路 2005-1-14 555用于加温控制的调功器电路 2005-1-14 555简易恒温控制器电路 2005-1-14 555小型畜、禽舍恒温控制电路 2005-1-12 555带有加温音响报叫的限温控制器电路 2005-1-11 555电风扇温控器电路 2005-1-11 电热毯温控器电路 2005-1-7 电容降压式电源电路及电容器的选用及注意事项 2005-1-5 电热毯自动保护恒温器电路 2005-1-5 电冰箱温控器代用电路 2005-1-5 用NE555制作的恒温控制电路 2005-1-5 电冰箱自动除臭器电路 2005-1-5 固体继电器SSR 2004-12-29 简单实用的恒温控制器电路 2004-12-29 简单人工智能的温度控制电路 2004-12-29 555电热毯温控器电路 2004-12-29 红外取暖器温度控制电路 2004-12-29 使用四比较器的恒温控制器电路 2004-12-29 Y982电加热器温控电路 2004-12-29 可控温的电热毯温控器电路图 2004-12-28 电热毯温控器 TDW2001 这个只有一些说明，图不好找的。 http://www.elecn.net/IC/3/ IC2020602198882_1.html 图3是TDW2001型温控仪内部电路图， 元件标号是笔者编制的，在其印刷电路板上有排列整齐的两排电阻， 其中最长的一排有10只电阻，标以R1～R10； 另一排有8只电阻，标以R01～R08； 其他元件的标号是随意确定的。 图3中带圆圈的字符表示的接线端钮与图1中温控仪后面板接线盒的 接线端钮，对应连接…… 祝你顺利！

③ XMT数显调节仪接线线路图

如图：

智能数显调节仪采用最新型的专用芯片制成、齐全的输出和调节规律供选择、具有专掉电保护属功能、精度等级±0.3%FS±1dig、具有全输入功能，使仪表能起到一表多用、线性输入时量程可随意迁移、显示清晰直观、可靠而实用的仪表安装结构。

(3)轮廓仪电路图扩展阅读：

调节仪（阀位控制）主要用于窑炉的温度控制，它可省去伺服放大器直接驱动执行机构，广泛用于陶瓷、玻璃等行业。吸收了国外仪表的先进技术，它既可工作于有阀位反馈信号的场合也可省去了繁琐的反馈信号接线。具有硬手操、手动/自动无扰动切换功能；

可任意设定最小阀位与最大阀位，并限制阀门的位置，可适配各种输入信号。光柱显示阀位,具有阀位死区，控制死区，点动功能，并且死区范围可任意设定。

智能显示调节仪与各类传感器、变送器配合使用，智能显示调节仪可对温度、压力、液位、流量、重量等工业过程参数进行测量、显示、报警控制、变送输出、数据采集及通讯。

④ 汽车仪表盘指示灯电路图y_u和t_u是怎么回事

y_u 和 t_u 是汽车仪表盘指示灯电路图中常见的标识符。它们分别代表着不同的电槐镇气连接方式。

通常情况下，y_u 表示的是实际应用中存在的连接线路。这些线路通常是通过各种传感器或开关与车辆的电子控制单元（ECU）或中央处理器（CPU）相连，以便在需要时向仪表盘上的指示灯发送信号。例如，发动机故障指示灯就是通过检测发动机的工作状况，并将相关信息游尘传输至ECU，最终通过 y_u 线路连接至仪表盘上的指示灯来显示。

而 t_u 则通常用于表示标准化测试和验证过程中使用的虚拟测试信号线路。这些信号线通常由测试和校准设备生成，并且与特定的测试点、控件铅磨粗或功能模拟器连接。在进行汽车仪表盘指示灯测试时，测试设备会向 t_u 线路发送测试信号，以模拟真实车辆的各种操作条件和故障情况，以确保仪表盘指示灯的正常工作。

总之，y_u 和 t_u 都是汽车电路设计和测试领域中通用的概念，可用于描述仪表盘指示灯的电气连接方式，便于工程师进行设计和测试。

⑤ 网线测线仪的原理图

2.在组建局域网时，需要测试每一条网线的连通性及线序;在局域网日常维护工作中，当网络出现故障时，也常常需要测试网线的连通情况。本例介绍的网线测试仪，采用发光二极管来显示网线的通断及线序状态，具有较高的实用性和性价比，易于制作和调试。

电路工作原理
该网线测试仪电路由延时控制电路、分频控制电路和LED指示电路组成，如原理图所示。

2.1 延时控制电路由时基集成电路ICl、可变电阻器RPl、按钮SIa、二极管VDO、晶体管VO、电阻器Rl-R3、电容器Cl-C3和继电器KO组成。

2.2 分频控制电路由计数脉冲分频器集成电路IC2、复位按钮Slb、电阻器R4-R13、晶体管Vl-V8、发光二极管VL0和继电器KI-K8组成。

2.3 LED显示电路由Kl-K8的控制触头、二极管VDl-VD8、发光二极管VLl-VLl6、连接插座XSl、XS2和被测网线组成。

2.4 测试时，将被测网线接于XSl和XS2之间。然后接通电源开关S2，按下SI(Sla、Slb)，IC2清零复位，YO端输出高电平，VLO点亮。此时Cl经Sla放电，使ICl的2脚和6脚变为低电平，3脚输出高电平，使VDO和VO截止，KO不吸合。松开Sl后，Cl通过RPl和Rl充电，使ICl的2脚和6脚电压不断上升，ICl进人延时状态。当ICl的2脚、6脚电压达到6V时，ICl内电路翻转，3脚输出低电平，使VDO和VO导通，KO通电吸合，其常开触头接通，使Cl快速放电，ICl的2脚和6脚又变为低电平，3脚输出高电平，VO截止，KO释放，ICl开始下一次延时。
2.5 与此同时，IC2的CP端产生一个计数脉冲，使其YO端输出低电平，VL0熄灭;Yl端输出高电平，Vl导通，Kl通电吸合，其常开触头Kl-0接通，常闭触头Kl-l和Kl-2断开，VLl点亮。若被测网线的第1根线正常，则VL9也被点亮;否则VL9不发光或发光亮度不足。依次类推，随着延时控制电路周期性地输出触发脉冲，IC2的Y2-Y8端依次输出高电平，使V2-V8轮流导通，K2-K8轮流吸合，对网线中的第2根线-第8根线进行测试。
调整RPl的阻值，改变测试时间的长短。
元器件选择
1.Rl-Rl3选用1/4W金属膜电阻器或碳膜电阻器。
2.RPl和RP2均选用膜式可变电阻器。
3.Cl和C3均选用耐压值为l6V的铝电解电容器;C2选用独石电容器或涤纶电容器。
4.VDO-VD8均选用1N4148型硅开关二极管。
5.VL0-VLl6均选用φ5mm的高亮度发光二极管，VL0为红色，VLl-VLl6为绿色。
6.VO选用C8550或3CG8550、S8550型硅PNP晶体管;Vl-V8选用S8050或C8050、7.3DG8050型硅NPN晶体管。
8.KO选用4098型9V百流继电器;Kl-K8使用两只4100系列6V直流继电器串联或选用有两组转换触头的9V直流继电器。
9.S1选用有两组触头的动合按钮;S2选用微型单极拨动式开关。
10.lCl选用NE555型时基集成电路;IC2选用CD4017型十进制计数/脉冲分配器集成电路。
11.电源可使用9V叠层电池。
12.XSl和XS2使用RJ45型插座盒。

来源编辑：维库电子市场网>>技术资料>>通信与网络>>网线测试仪

⑥ 仪表接线图怎么看

接线图的接线无非是接输入输出最主要的2个部位接好线,和供电电源就可以正常的工作了。高档，复杂的仪表功能较多，主要是给2次仪表和记录仪的信号。或者外部的开关信号。把握住仪表的功能就能很容易的接线。

仪表是一个控制机构，它需要一个能采集外部信号的传感器。所以它有一个输入端。一般输入端的符号会有英文INPUT 字样。常见的有：1.Pt100铂电阻（3线，也有2线）。2.热电偶（2线）。3.红外测温仪（2线，变送出模拟量信号）。

(6)轮廓仪电路图扩展阅读：

仪表指示值之间的最大差值，或者说是仪表在外界条件不变的情况下，被测参数由小到大变化（正向特性）和被测参数由大到小变化（反向特性）不一致的程度，两者之差即为仪表变差。变差大小取最大绝对误差与仪表标尺范围之比的百分比：

变差产生的主要原因是仪表伟动机构的间隙，运动部件的摩擦，弹性元件滞后等。取胜着仪表制造技术的不断改进，特别 是微电子技术的引入，许多仪表全电子化了，无可动部件，模拟仪表改为数字仪表等等，所以变差这个指标在智能型仪表中显得不那么重要和突出了。

⑦ 想知道这个料位开关控制电路图中的仪表是有哪些

从图片中可以看出来，这个料位开关控制电路图中分别有料位开关与空气锤，料位开关是阻旋料位开关。

⑧ 超声波测距仪电路图及各部分的原理

超声波测距仪可分三部分：驱动部分、信号放大部分、信号分析部分。内
驱动部分：将与探头频容率一致超声波脉冲（3-20个），转换为高压驱动超声波探头，通常使用脉冲变压器升压；脉冲发出后，驱动电路处于静音状态，此时不要发出任何信号以免干扰信号接收；
信号放大：将超声波信号放大1000倍以上（10米以上检测距离需要放大1-10万倍）并通过带通，最终转换为高低电平的触发信号，准备信号分析。
信号分析部分：统计出超声波从发射到接收的实际时间，换算成毫秒再乘以声速再除以2，就是实际检测距离。
实际上，一个成熟的超声波测距仪电路还需要考虑很多因素，例如可靠性、探头寿命、工作温度范围，还需要考虑气温对声速的影响。

⑨ j6解放车里程表电路图

原理：j6解放车里程表滚轮计数器是过去常用的纯机械式仪表，通过一根软轴，一头连到专变速箱输出轴，另属一头连到里程表，而更常用的电子式仪表，它一般是在变速箱输出轴或车轮上装一个转速传感器，用读出的转速通过控制模块内嵌的计算公式来换算成车速以及历程。

km前的数表示共走了多少公里，上方的三个000为右边小柱按钮按下后刚清零，可以测刚开始走的公里数。

(9)轮廓仪电路图扩展阅读：

一般轿车的经济时速处在60Km/h～80Km/h之间。当汽车运行在经济时速时是最省油的。无论车速过高或过低对节油都不利。车速低时，活塞的运动速度低，燃烧不完全。车速高时，进气的速度增加导致进气阻力增加，同时风阻指数增加，这些都使耗油增加。

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 大约120。还和车的外形有很大关系，重心越低，外形越像跑车，排量越大经济时速越高。

低档高速长距离行车的习惯多发生在初学驾驶者身上。三挡长距离高速行车，比四挡正常行车油耗要增加10%，而如果用二挡代替三挡行车，油耗还会增加。发动机转数超过规定很多后才加挡，会造成燃油浪费。低档高速肯定费油，高挡低速肯定省油。