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原子力顯微鏡(AFM)的工作原理、樣品要求及應(yīng)用講解
來源: 時間:2023-10-08 16:42:54 瀏覽:13016次

原子力顯微鏡(AFM)的工作原理、樣品要求及應(yīng)用講解



原子力顯微鏡AFM,Atomic Force Microscopy)是一種納米級表面形貌和物理性質(zhì)測量技術(shù),能夠直接觀測納米級別的表面形態(tài)、粗糙度、力學(xué)性質(zhì)等。AFM基于量子力學(xué)原理,通過檢測原子間的作用力來實現(xiàn)對樣品表面的高分辨率成像。

 

 

 

 

一、AFM 的工作原理

 

AFM 主要由掃描隧道顯微鏡STM)發(fā)展而來,其基本原理相似。AFM 通過一個微小的針尖與樣品表面相互作用,以實現(xiàn)高分辨率的表面成像。針尖與樣品之間的相互作用力可以是吸引力或斥力。根據(jù)針尖與樣品表面之間的距離和作用力的性質(zhì),AFM 主要有三種成像模式:接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。

1.接觸模式:針尖與樣品表面距離較小,利用原子間的斥力。這種模式可以獲得高解析度圖像,但可能導(dǎo)致樣品變形和針尖受損。接觸模式不適合于表面柔軟的材料。

2.非接觸模式:針尖距離樣品 5-20 納米,利用原子間的吸引力。這種模式不損傷樣品表面,可測試表面柔軟樣品,但分辨率較低,有誤判現(xiàn)象。

3.輕敲模式:針尖在掃描過程中周期性地接觸和離開樣品表面,以減少表面損傷和提高成像分辨率。

 

二、AFM的樣品要求

 

為了保證 AFM 測試的準(zhǔn)確性和有效性,在進(jìn)行 AFM 測試前,需要對樣品進(jìn)行制備

以下是一些常見的樣品制備要求:

1.樣品表面應(yīng)干凈、平整和均勻。任何污染物或不均勻的表面都會影響 AFM 測試的精確性和準(zhǔn)確性。

2.樣品必須保持在干燥的環(huán)境中。如果樣品表面有水分或其他液體殘留物,則可能會導(dǎo)致測試結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.對于有機(jī)物樣品,應(yīng)具有足夠的疏水性,以保證平整的表面并防止吸附液污染樣品。

4.樣品大小一般不超過 1 厘米,高度也應(yīng)控制在 1 厘米以內(nèi)。

5.對于某些特殊樣品,如納米線、納米管等,需要進(jìn)行特殊處理以保證成像質(zhì)量。

 

三、AFM 的應(yīng)用

 

AFM 技術(shù)在多個領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,包括表面觀察、尺寸測定、表面粗糙度測定、顆粒度解析、突起與凹坑的統(tǒng)計處理、成膜條件評價、保護(hù)層的尺寸臺階測定、層間絕緣膜的平整度評價、VCD 涂層評價、定向薄膜的摩擦處理過程的評價、缺陷分析等。

以下是一些具體的應(yīng)用實例:

1.表面形貌:AFM 可以用于觀察樣品的表面形貌,如凹凸、納米線、納米孔等。

2.表面粗糙度:AFM 可以測量樣品表面的粗糙度,以評估其對摩擦、磨損、潤滑等方面的影響。

3.力學(xué)性質(zhì):AFM 可以測試樣品的力學(xué)性質(zhì),如彈性模量、硬度、粘附力等。

4.生物醫(yī)學(xué):AFM 可以用于觀察生物大分子(如蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞等)的結(jié)構(gòu)和功能。

5.材料科學(xué):AFM 可以用于研究材料的表面形貌、晶格結(jié)構(gòu)、相界等。

6.納米技術(shù):AFM 可以用于制備和表征納米結(jié)構(gòu),如納米線、納米管、納米顆粒等。

 

AFM 作為一種重要的納米級表征技術(shù),通過對原子間作用力的檢測,實現(xiàn)對樣品表面的高分辨率成像和物理性質(zhì)測試,AFM 技術(shù)在生物學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)和化學(xué)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,為科學(xué)研究提供了有力的支持。

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達(dá)信息以傳之久遠(yuǎn)的方式和工具?,F(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產(chǎn)生書面文字,很多小語種,有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達(dá)的方式和思維不同。文字使人類進(jìn)入有歷史記錄的文明社會。
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