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    原子力显微镜(AFM)的工作原理、样品要求及应用讲解
    来源: 时间:2023-10-08 16:42:54 浏览:6538次

    原子力显微镜(AFM)的工作原理、样品要求及应用讲解



    原子力显微镜AFM,Atomic Force Microscopy)是一种纳米级表面形貌和物理性质测量技术,能够直接观测纳米级别的表面形态、粗糙度、力学性质等。AFM基于量子力学原理,通过检测原子间的作用力来实现对样品表面的高分辨率成像。

     

     

     

     

    一、AFM 的工作原理

     

    AFM 主要由扫描隧道显微镜STM)发展而来,其基本原理相似。AFM 通过一个微小的针尖与样品表面相互作用,以实现高分辨率的表面成像。针尖与样品之间的相互作用力可以是吸引力或斥力。根据针尖与样品表面之间的距离和作用力的性质,AFM 主要有三种成像模式:接触模式、非接触模式和轻敲模式。

    1.接触模式:针尖与样品表面距离较小,利用原子间的斥力。这种模式可以获得高解析度图像,但可能导致样品变形和针尖受损。接触模式不适合于表面柔软的材料。

    2.非接触模式:针尖距离样品 5-20 纳米,利用原子间的吸引力。这种模式不损伤样品表面,可测试表面柔软样品,但分辨率较低,有误判现象。

    3.轻敲模式:针尖在扫描过程中周期性地接触和离开样品表面,以减少表面损伤和提高成像分辨率。

     

    二、AFM的样品要求

     

    为了保证 AFM 测试的准确性和有效性,在进行 AFM 测试前,需要对样品进行制备

    以下是一些常见的样品制备要求:

    1.样品表面应干净、平整和均匀。任何污染物或不均匀的表面都会影响 AFM 测试的精确性和准确性。

    2.样品必须保持在干燥的环境中。如果样品表面有水分或其他液体残留物,则可能会导致测试结果不准确。

    3.对于有机物样品,应具有足够的疏水性,以保证平整的表面并防止吸附液污染样品。

    4.样品大小一般不超过 1 厘米,高度也应控制在 1 厘米以内。

    5.对于某些特殊样品,如纳米线、纳米管等,需要进行特殊处理以保证成像质量。

     

    三、AFM 的应用

     

    AFM 技术在多个领域有广泛的应用,包括表面观察、尺寸测定、表面粗糙度测定、颗粒度解析、突起与凹坑的统计处理、成膜条件评价、保护层的尺寸台阶测定、层间绝缘膜的平整度评价、VCD 涂层评价、定向薄膜的摩擦处理过程的评价、缺陷分析等。

    以下是一些具体的应用实例:

    1.表面形貌:AFM 可以用于观察样品的表面形貌,如凹凸、纳米线、纳米孔等。

    2.表面粗糙度:AFM 可以测量样品表面的粗糙度,以评估其对摩擦、磨损、润滑等方面的影响。

    3.力学性质:AFM 可以测试样品的力学性质,如弹性模量、硬度、粘附力等。

    4.生物医学:AFM 可以用于观察生物大分子(如蛋白质、DNA、细胞等)的结构和功能。

    5.材料科学:AFM 可以用于研究材料的表面形貌、晶格结构、相界等。

    6.纳米技术:AFM 可以用于制备和表征纳米结构,如纳米线、纳米管、纳米颗粒等。

     

    AFM 作为一种重要的纳米级表征技术,通过对原子间作用力的检测,实现对样品表面的高分辨率成像和物理性质测试,AFM 技术在生物学、物理学、材料科学和化学等领域有广泛应用,为科学研究提供了有力的支持。

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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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