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表面粗糙度仪发明与历史

厂生产出6J型干涉显微镜。2.扫描探针显徽镜技术1981年,IBM公司苏黎世实验室发明了一种新型的表面分析仪器—扫描隧道显微镜sc~ingTunn山ngMierosc叩e,sTM。在此后的短短几年里,它以独特的性能激起了世界各国科学家的极大兴趣和热情。在8o年代,相继诞生了一系列在主要结构和工作方式方面与STM相似的显微仪器,用来获取用STM无法获取的有关表面结构和性质的各种信息。这个目前被称为“扫描探针显微镜ScanningProbe腼croscoPe,sph八”的显微仪器家族还在不断发展,成为人类认识微观世界的有力工具。扫描探针显微镜可以在纳米级乃至原子级的水平上研究物质表面原子和分子结构及相关的物理、化学性质。下面将介绍几种有代表性的扫描探针显微镜。①扫描隧道显徽镜扫描隧道显微镜sTM的工作原理是基于*子力学的隧道效应。它主要由压电陶瓷扫描控制器、针尖样品逼近装里、电子反馈回路以及数据采集、图象处理系统组成。STM具有原子级的极高分辨率,其横向与纵向分辨率分别达到0.1~和o.olnm即可以分辨出单个原子。但其局限性在于:被测件必须导电,垂直和水平测蚤范围小,此外,若表面形貌的波长或峰、谷差太?小,在复制表面时,高分子膜难以渗入,不能正确反映表面真实形貌。②原子力显微镜为解决非导体的表面微观形貌的检测,1986年Binn谊g等人发明了原子力显微镜,它是利用原子间的作用力而进行测量的。AFM的工作原理图如图1所示。当测量时,AFM的探针被微力弹**压向试件表面,探针**和试件表面间的原子排斥力将探针微微抬起,达到力的平衡。AFM探针在试件表面扫描时,因微力弹簧的压力基本不变,故探针将随被测表面的起伏而上下波动。通过用隧道电流或光学方法检测微悬臂的位移,可实现对探针**原子与表面原子之间的排斥力的监测,进而可测出试件表面的微观形貌。由于不需要在探针与样品间形成电回路,突破了试件必须导电的限制,这使AFM有了更加广泛的应用领域,但其测量分辨率较sTM了氏。Binning等人研制的**台AFM当时只有3nm的横向分辨率。1987年斯坦福大学Quate等人报道了研制的AFM达到了原子级分辨率。1988年底中科院化学所研制成功国内首台具有原子级分辨率的AFM。光学检侧吕圈定峪XYZ压电肉充扫猫移反债拉侧扫描发生吕1示吕圈1AFM工作原理圈③其它扫描显微镜扫描力显微镜sFM是在STM基础上发展起来的,它通过测盘带尖的力敏感元件与样品表面局部区域的相互作用力来获得高分辨率的图像。激光力显微镜、磁力显微镜等虽然采用不同的测量原理,但都是通过检测探针和样品表面之间的物理化学特性参量来获知样品表面微观形貌的,在此不再赘述。三结论扫描探针力显微镜技术的迅速发展,为超精密加工表面粗糙度的测量,提供了更先进的测t手段,它不仅使测量精度达到了纳米数*级,而且能够得到加工表面真实的三维图像,从而完整**地反映出样品表面的功能特性。它克服了传统测量方法如光切法、接触式测量法测量精度低的弱点,能以相当高的分辨率探测加工表面原子和分子的微观形貌。目前,超精密加工表面形貌的测t技术主要是向提高系统横向分辨率、三维形貌测*和在线检测方向发展,并且对三维表面微观形貌的表征方法和评定参数的研究越来越迫切。表面粗糙度检测技术发展概述@关国强$哈尔滨理工大学机械动力工程学院!黑龙江哈尔滨150080扫描探针显微镜;;测量;;粗糙度机械加工中,表面特征的研究是控制机械零件表面质量的主要内容,而表面粗糙度是表面特征的重要技术指标之一。随着机械加工工艺水平的提高,对零件的表面质量提出了越来越高的要求,因此如何进行测量和评定已成为国内外学者研究的主要课题。自从扫描探针显微镜SPM出现后,各类SPM已经成为测量超精密表面粗糙度的有力手段,并发挥出技术优势
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