静电力显微镜

静电力显微镜（英語：Electrostatic Force Microscopy，简称EFM）是一种利用测量探针与样品的静电相互作用，来表征样品表面静电势能，电荷分布以及电荷输运的[扫描探针显微镜]。

工作原理

 

静电力显微镜的工作原理

静电力显微镜的工作原理与原子力显微镜类似。关键部分都是由悬臂梁组成的探针。但与原子力显微镜测量探针与样品的范德华力不同，静电力显微镜通过测量两者的库仑相互作用来实现样品成像。工作时，探针与样品之间被加上工作电压，悬臂梁探针受静电力的作用，在样品表面震荡，但不接触样品表面。范德华力随着原子间距离${\displaystyle r}$ 成${\displaystyle 1/r^{6}}$ 衰减，因而原子力显微镜必须保证探针与样品表面几乎接触。相比之下，随${\displaystyle 1/r^{2}}$ 衰减的库仑力较为长程，通常探针与样品表面的工作距离为100纳米。假设样品与探针之间的电压为${\displaystyle \Delta V}$ ，等效电容为${\displaystyle C}$ ，那么系统的总能量为： ${\displaystyle U=-{\frac {1}{2}}C\Delta V^{2}}$ ；

用${\displaystyle z}$ 来代表样品表面的法线方向，则探针所受的静电力可以表示为：

${\displaystyle F_{electrostatic}={\frac {1}{2}}{\frac {\partial C}{\partial z}}\Delta V^{2}}$ 。

与原子力显微镜相同，静电力显微镜也可以在液体环境中工作。

缺点

在实际操作中，由于探针与样品之间既有范德华力，又有库仑力。即使选用较大的工作距离，有时仍不能完全忽略原子力存在。目前通常的解决方法是将探针与样品之间的直流电压改为交流信号。最后，在处理信号时，只处理相关频率的交流信号，就可以将范德华力的影响排除在外。

参见

• 开尔文探针力显微鏡

参考文献

• Electric Force Microscopy-High Resolution and High Sensitivity Imaging of Electrostatic Force （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• Electrostatic Force Microscope for Probing Surface Charges in Aqueous Solutions （页面存档备份，存于互联网档案馆） by S. Xu and M.F. Arnsdorf