各种显微镜仪器的技术分析。 在这项工作中，我们使用了许多表面分析技术，包括近场显微镜（AFM和STM）和光谱技术（FT-IR，XPS）。通过椭偏仪测量获得了有机薄膜的厚度，这项工作由外部实验室（Institut Curie）完成。 这种根据偏振角度进行光谱分析的技术将不在此处讨论。核磁共振（NMR）作为非表面分析技术，用于分析合成的分子。接触角测量技术也被较少地用于验证接枝有机层的疏水性质。 AFM（原子力显微镜）和STM（隧道电子显微镜）是基于控制探针与表面接触或几乎接触的相互作用的近场显微镜技术。STM于1982年由Binnig和Rohrer发明，AFM于1986年由Binnig，Quate和Gerber发明。 这些技术依靠压电陶瓷的出现实现了非常精确的连续移动。通过在X和Y方向上扫描探针，并通过压电陶瓷使探针沿着Z方向跟随样品的轮廓，可以获得表面图像。这些技术可以实现以前未曾达到的分辨率，特别是当显微镜在超高真空下操作时，可以获得原子级分辨率。 在这项工作中，我们使用了在常压下更易于操作但很少能达到原子级分辨率的AFM和STM。除了观察表面状态（样品的结构和粗糙度）之外，这些仪器还被用于局部表面修饰，即制作纳米尺度的线条或图案。AFM的纳米压痕法还可用于测量有机薄膜的厚度。 本研究使用的仪器是Digital Instruments的Nanoscope Ill显微镜。通过简单更换附件（用于支撑探针的头部），可以在STM和AFM之间切换。 AFM可以按照不同的模式工作，其中接触模式是该技术最初的工作模式，而我们更多地使用了所谓的“tapping”模式。 在接触模式中，探针固定在一个非常弹性的杆上，其弹性常数非常小，以大约10-9 N的力与表面发生机械相互作用，这等于杆的回弹力F = -k.z。这个数量级对应范德华力和静电力。因此，如果保持低力并且在相对硬的材料上工作，探针可以“探索”表面而不会损坏。杆的弯曲通过下面描述的光学装置记录，其中激光束反射到杆上，然后由一组光电二极管检测（见图片）。 当扫描仪（位于样品下方的压电管）进行图像采集的扫描时，杆的偏转被控制在一个恒定的值，称为设定点（setpoint），这使得接触力保持恒定，反馈作用不断地在扫描器的Z方向位移上进行调节。因此，在AFM中，我们可以获得表面的拓扑图像，但由于探针尖端的直径导致点/面卷积问题，精度当然受到限制。 当将探针靠近表面时，通常会得到图片所示的力曲线。当探针与表面距离足够近时，它开始受到范德华力的吸引（点A）。然后，它与覆盖许多材料的表面水层接触，并受到更大的毛细力吸引（点B）。 然后，曲线进入一个线性区域，在这个区域中，探针越靠近表面，所受的斥力就越大（点C）。当我们移开探针时，力曲线并不相同，因为水层会因毛细力而强烈变形，以保持与探针的接触（点D）。为了正确成像，我们将探针放在略微斥力的线性区域内。当杆与表面接触（位置C）时，测量到的斜率是表面硬度的衡量标准。它越硬，这个斜率越接近于-1。在有机层上，这个斜率的绝对值很小。材料越具有粘弹性，这个斜率就越随着杆的接近和离开速度变化。 在AFM接触模式中，探针的移动产生了足够大的剪切力，可以损坏某些材料。 在"tapping"模式中，仪器与接触模式相同。我们通过振动支撑探针的杆，使得探针间歇性地接触表面。与接触模式相比，使用的杆类型和信号处理方法不同。一个压电元件粘贴在杆的基底上，使其以约300 kHz的共振频率振动。杆的振幅通过光电二极管测量。 当探针不接触表面时，振幅通过"Drive Amplitude"（DrA）参数调整为适当的值，该参数确定施加在负责振动杆的压电元件上的电压。在成像模式下，通常在每次接触探针之前调整DrA参数，以使振幅大约为50 nm。 当探针接近表面时，探针开始接触表面，其振幅衰减。当振幅达到设定点（setpoint）时，显微镜停止探针的进展，该设定点确定了工作振幅（At）的值。设定点设置为使At约为Ao的70%（参见图片）。然后，通过在x和y方向上进行扫描，并将设定点锁定在该值上，获得一致的平均接触力。 与接触模式相比，振动模式具有获得更高质量图像的优点。实际上，它对毛细力更不敏感，并且对表面的损伤较少（在扫描方向上产生划痕，材料剥离）。
