自制DIY原子显微镜，百万分之一毫米解析度，纳米级显微镜
时间:2017-06-13 22:05 来源:数码之家 作者:abigbell 点击:次
| 同志们，总是嚷嚷着要看蝌蚪的同志们！来个DIY原子显微镜，纳米级别分辨率，1/1,000,000毫米分辨率！ 是传统光学显微镜的1000倍分辨能力，这回连蝌蚪他母亲的母亲都能看清了。 
一般的商用原子显微镜的价格是一般个人的所承受不起了，少则几万美元，多则数十万美元。这个DIY的 最初目的，也是为一般的个人提供一个廉价的解决方案！廉价！造价在1000美元之内。比我5块包邮的心理价位 贵了一丝丝！这个廉价原子显微镜的设计者是台湾中央研究所物理研究所胡恩德博士设计并制做，具体电路板设计 来自德国人Sebastian Buetefisch。这篇文章的作者是whoand，http://www.phys.sinica.edu.tw/，将这篇文章发表 是为了鼓励更多感兴趣的人参与到类似的项目之中，据说有详细的制作教程！在这http://ppt.cc/bEsH，但我多次 下载失败，很多人都直接问原文作者whoand邮箱索要这份详细的DIY指导，他的邮箱：whoand@gmail.com。 以下为转文（原文是三种语言写的，大部分都有中文，转帖开始） 显微镜可让我们看到肉眼无法观察的结构，实在是太棒了！光学显微镜能看到微米等级（1/1,000毫米）结构， 然而原子力显微镜更可让我们看到納米(1/1,000,000毫米)结构。一般的原子力显微镜动辄数万至数十万美元， 只有研究机构可以负担得起。我们希望透这次介绍，告诉大家如何利用身边的元器件，包括DVD Rom的激光头 以及你手表里面哔哔叫的压电喇叭，来制作一套自己的納米级原子力显微镜的的光机系统，材料价格不超过 1000美元。传统原子力显微镜大多使用光杠杆原理，而教育型原子力显微镜使用像散式光路侦测探针位移， 此教育型原子力显微镜由台湾中央研究院物理研究所胡恩德博士设计并制作。 使用电路板作结构之概念源自：Sebastian Buetefisch. 
Step 1: Materials and tools 材料與工具 组装原子力显微镜需要材料为：1.从DVD光驱上的激光头 2.压电喇叭 3.信号接头 4.精密螺丝 5.磁铁 6.电路板结构。 工具为：1.烙铁 2.焊锡 3.瞬间胶 4.AB胶 5.螺丝刀。耗材为：原子力显微镜探针（工作频率300k赫兹）。 
Step 2: Assembling the AFM base 組裝原子力顯微鏡底座 这边由北京清华大学附属中学的国中学生来示范，如何自己动手组装原子力显微镜的光学机构系统。底座 由4片电路板构成，组起来的结构件使用焊锡固定。（这里说到了清华附中，看来是不排斥大陆人的） 
Step 3: Assembling the AFM piezo scanner 組裝壓電掃描器 扫描仪由三片电路板组成，焊接扫描仪结构后，并以AB胶将结构的四支脚固定在底座的四片压电喇叭上， 并将第五片压电喇叭固定于扫描仪顶端，大部分的零件皆由焊锡固定 
Step 4: Assembling the AFM head 組裝光路頭 光路结构由五片电路板组成，首先将光路机构组装好，再将DVD激光头以瞬间胶固定于中央，并安装探针 调整机构。之后将三个螺丝透過AB胶固定于光路机构。 
Step 5: Installing piezo scanner connectors 安裝壓電掃描器接頭 扫描仪需要三个接口分别接收X、Y、Z三个方向的控制信号。安装信号接头后，并将五个压电喇叭透过 电线连接至接头。 
Step 6: Assembling a passive anti-vibration platform 組裝被動式防震平台 最低限度的防震平台是保证显微镜量测精度的关键，好消息是这防震平台的材料随手可得：1. 自行车内胎 （直径约10-18英寸） 2. 一块石头、铁块、或其他外形呈长方体的重物（重约3-10千克即可，长宽分别约 20厘米和50厘米，厚度不限） 3. 为内胎充气的气泵。将一条自行车内胎充气，接着将石头放置于内胎上， 此即为一简易的被动式防震平台。 
Step 7: Sample preparation 樣品準備 低价原子力显微镜跟一般原子力显微镜一样，需要稍微准备一下样品。我们这边使用DVD与Blu-ray光盘 (将保护层撕除)作为原子力显微镜系统测试样品，因为DVD数据轨道间距为740納米，Blu-ray光盘数据 轨道间距为320納米。此外清华大学附属中学的国中生也很好奇想看看橡皮擦的納米结构。仅需将样品 裁切至大约1公分平方并在背面黏贴美工刀片，即可透过磁力吸在扫描仪上进行扫描。 
Step 8: AFM evaluation and calibration 測試原子力顯微鏡 首先学生用自己组装的原子力显微镜装上探针扫描空白DVD光盘数据轨（结构间距740納米），由影像可以得知， 此原子力显微镜的扫描仪运作范围是X与Y方向各15微米。学生并将AFM量测到结果（右图）跟USB光学显微镜 所得到的影像（左图）进行比对，光学显微镜看不到的数据轨納米结构可由原子力显微镜轻易地得到。 
Step 9: Measuring the surface of an eraser 量測橡皮擦的表面 接着学生们对于日常使用的橡皮擦表面结构非常有兴趣，首先使用USB光学显微镜观察(左图)，看到的结构不是 很明显，而原子力显微镜可以清楚看到橡皮擦的表面结构凹凸不平非常粗糙(右图)。橡皮擦的量测范围是5x5微米。
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