靜電力顯微鏡

靜電力顯微鏡（英語：Electrostatic Force Microscopy，簡稱EFM）是一種利用測量探針與樣品的靜電相互作用，來表徵樣品表面靜電勢能，電荷分布以及電荷輸運的[掃描探針顯微鏡]。

工作原理

靜電力顯微鏡的工作原理

靜電力顯微鏡的工作原理與原子力顯微鏡類似。關鍵部分都是由懸臂梁組成的探針。但與原子力顯微鏡測量探針與樣品的范德華力不同，靜電力顯微鏡通過測量兩者的庫侖相互作用來實現樣品成像。工作時，探針與樣品之間被加上工作電壓，懸臂梁探針受靜電力的作用，在樣品表面震盪，但不接觸樣品表面。范德華力隨着原子間距離$r$成$1/r^{6}$衰減，因而原子力顯微鏡必須保證探針與樣品表面幾乎接觸。相比之下，隨$1/r^{2}$衰減的庫侖力較為長程，通常探針與樣品表面的工作距離為100納米。假設樣品與探針之間的電壓為$\Delta V$，等效電容為$C$，那麼系統的總能量為： $U=-{\frac {1}{2}}C\Delta V^{2}$；

用$z$來代表樣品表面的法線方向，則探針所受的靜電力可以表示為：

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

與原子力顯微鏡相同，靜電力顯微鏡也可以在液體環境中工作。

缺點

在實際操作中，由於探針與樣品之間既有范德華力，又有庫侖力。即使選用較大的工作距離，有時仍不能完全忽略原子力存在。目前通常的解決方法是將探針與樣品之間的直流電壓改為交流信號。最後，在處理信號時，只處理相關頻率的交流信號，就可以將范德華力的影響排除在外。

參見

• 開爾文探針力顯微鏡

參考文獻

• Electric Force Microscopy-High Resolution and High Sensitivity Imaging of Electrostatic Force （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
• Electrostatic Force Microscope for Probing Surface Charges in Aqueous Solutions （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） by S. Xu and M.F. Arnsdorf