扫描探针声学显微镜

       扫描探针声学显微镜(Scanning Probe Acoustic Microscopy, SPAM)是基于原子力显微镜的又一种功能扩展。

       扫描探针声学显微镜在传统的原子力显微镜中,利用外加信号,通过换能器在样品下表面对其产生声激励,声波穿过换能器-样品边界,在样品内传播。当声波在样品中遇到材料微结构和局域性能的不均匀性,如微缺陷、畴结构、晶粒晶界及晶粒取向变化以及成分不均匀等,样品内声波就会发生折射、反射、干涉等声学过程,从而在样品上表面不同区域产生振幅和相位的变化。这些变化,将传递到与样品上表面接触的原子力显微镜微悬臂探针并由系统进行检测和记录。成像时,探针对样品表面进行逐点扫描,样品表面形貌由微悬臂变形得到,而声学信号则由与激励源同频率的微悬臂振动信号(包括振幅和相位)获得。

扫描探针声学显微镜原理图

扫描探针声学显微镜原理图

       在国家重大科学仪器设备开发专项的支持下,本原在扫描探针显微镜和声学检测技术的融合方面开展了许多有益的探索并取得了进展,其中,为克服声学检测的盲区,我们开展了多频声学检测方法,并得到国家的专利授权。

多频扫描探针声学显微镜专利证书

       扫描探针声学显微镜成像的衬度主要来自材料微区弹性模量的不均匀性。作为原子力显微镜平台上的一种功能扩展,该技术在样品扫描检测时能同步获得形貌像和声学像,前者反映了样品的表面起伏,后者虽然也从样品表面采集,但却携带了样品表面和内部(亚表面)的信息,对于材料研究具有一定的应用价值。

扫描探针声学显微镜SPAM/原子力显微镜AFM检测结果

功能陶瓷的扫描探针声学显微镜检测结果(5µm)

左:形貌像,右:声学像. 声学像显示出更为丰富的衬度, 反映了微区佯性结构的不均匀性