原子力顯微鏡在新材料應(yīng)用的工作方式

時(shí)間：2021-11-30 閱讀：1831

　　目前AFM的工作方式有三種，分別是接觸模式，非接觸模式和敲擊模式。

　　接觸模式：

　　就是利用探針與材料表面直接接觸來獲得材料結(jié)構(gòu)和形貌信息的方式，這樣的方式測試出來的圖像分別率高，但是很容易損傷測試材料的表面，探針也會受到材料的污染，同時(shí)可能會因?yàn)樘结樑c材料表面的粘滯力造成圖像失真；

　　非接觸式：

　　顧名思義就是探針與材料表面沒有直接接觸，這樣的方式就避免了接觸模式的一些缺點(diǎn)，探針也不會受到污染，但是由于探針和材料表面不是直接接觸的(相距5-10nm)，探針和材料表面的原子的作用力較弱，造成了圖像的分辨率較低，而且會因?yàn)椴牧系谋砻鎻埩κ沟脠D像變形；

　　敲擊模式：

　　這是一種較為先進(jìn)的測試模式，和上述兩種方式都不一樣，就是探針既不是直接接觸材料表面，也不是*脫離表面，而是通過探針不斷垂直敲擊(大約每秒5×104-50×104次)材料的表面來獲得我們所想要的材料表面形貌和結(jié)構(gòu)的信息，這樣就既不會損壞材料表面也會得到較高分辨率(當(dāng)然還是沒有接觸模式圖像分辨率高)，因此當(dāng)檢測柔嫩的樣品時(shí)，AFM的敲擊模式是好的選擇之一。但是測試的速度相對較慢。

　　材料領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1、材料形貌

　　AFM在水平方向具有0.1-0.2nm的高分辨率，在垂直方向的分辨率約為0.01nm。AFM對表面整體圖像進(jìn)行分析可得到樣品表面的粗糙度、顆粒度、平均梯度、孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布等參數(shù)，還可以對測試的結(jié)果進(jìn)行三維模擬，得到更加直觀的3D圖像。

　　AFM還可以在分子或原子水平直接觀察晶體或非晶體的形貌、缺陷、空位能、聚集能及各種力的相互作用，對于其性能的預(yù)測及解釋有著重要的作用。

　　AFM中雖然不能進(jìn)行元素分析，但它在Phase Image模式下可以根據(jù)材料的某些物理性能的不同來提供成分的信息。

　　2、晶體生長機(jī)理

　　在研究納米晶生長機(jī)理的時(shí)候，人們希望用顯微手段直接觀察到晶面生長的過程，AFM為我們提供了在一個(gè)原子級觀測研究晶體生長界面過程的全新有效工具。由于AFM的工作條件要求低，它可以晶體生長過程原子級的圖像，為完善和修正現(xiàn)有的晶體生長理論提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。