扫描热显微镜模块(由控制器,软件和探针组成)可使绝大多数AFM实现对试样温度的扫描成像,且分辨率可达0.1℃。
上图所示的是利用扫描热显微镜所绘制的碳纤维增强环氧树脂复合材料的图像,其中表征区域大小为4μm×8μm。测试前,需要对试样进行切削打磨以形成一个光滑的平面。高度影像(左侧)显示了若干根碳纤维,而SThM图像(右侧)则显示了在两个材料上探针温度的变化。这是由两种材料不同的导热系数所产生的。这个例子充分展示了SThM技术的高横向分辨率。
SThM探针
SThM的探针可测量探针温度,因而能实现对试样表面的导热系数或温度变化的扫描成像。表面形貌和热性能成像图的分辨率一般低于100nm。悬臂由SiN制成,内嵌薄金属线且金属线的Z高阻抗位置在针尖附近。由于使用了金属薄膜电阻,这类探针不像ThermaLever探针能升至很高的温度。为了便于操作和使用,这类探针的针尖通常先预装在支架上并采用电气连接。下图所示的是GLA探针的SEM扫描图。左图显示了整个悬臂的形貌,右图是针尖附近形貌。
探针型号
|
GLA
|
微悬臂材料
|
SiN
|
电阻材料
|
钯
|
长度(μm)
|
~150
|
厚度(μm)
|
~0.5
|
针尖高度(μm)
|
10
|
弹簧常数(N/m)
|
~0.3
|
共振频率(kHz)
|
50
|
针尖半径
|
<100
|
Z大可控温度(℃)
|
160
|
图像模式
|
接触模式
|
Y
|
间歇接触模式
|
Y
|