原子力显微镜的功能

2016-04-18技术资料

1 表面形貌的表征
       通过检测探针-样品作用力可表征样品表面的三维形貌,这是AFM最基本的功能。由于表面的高低起伏状态能够准确地以数值的形式获取,对表面整体图像进行分析可得到样品表面的粗糙度(Roughness)、颗粒度(Granularity)、平均梯度(StepHeight)、孔结构和孔径分布等参数;对小范围表面图像分析还可得到表面物质的晶形结构、聚集状态、分子的结构、面积和表面积及体积等;通过一定的软件也可对样品的形貌进行丰富的三维模拟显示如等高线显示法、亮度-高度对应法等,亦可转换不同的视角,让图像更适于人的直观视觉。
2 表面物化属性的表征
       AFM的一种重要的测量方法是力-距离曲线,它包含了丰富的针尖-样品作用信息。在探针接近甚至压入样品表面又随后离开的过程中,测量并记录探针所受到的力,就得到针尖和样品间的力-距离曲线。通过分析针尖-样品作用力,就能够了解样品表面区域的各种性质如压弹性、粘弹性、硬度等物理属性;若样品表面是有机物或生物分子,还可通过探针与分子的结合拉伸了解物质分子的拉伸弹性、聚集状态或空间构象等物理化学属性;若用蛋白受体或其它生物大分子对探针进行修饰(functionization),探针则会具有特定的分子识别功 能,从而了解样品表面分子的种类与分布等生物学特性。
3 AFM的功能拓展
       根据针尖与样品材料的不同及针尖-样品距离的不同,针尖-样品作用力可以是原子间斥力、范德瓦尔斯吸引力、弹性力、粘附力、磁力和静电力以及针尖在扫描时产生的摩擦力。目前,通过控制并检测针尖——样品作用力,AFM已经发展成为扫描探针显微镜家族(SPMFamily),不仅可以高分辨率表征样品表面形貌,还可分析与作用力相应的表面性质。摩擦力显微镜可分析研究材料的摩擦系数;磁力显微镜可研究样品表面的磁畴分布,成为分析磁性材料的强有力工具;利用电力显微镜可分析样品表面电势、薄膜的介电常数和沉积电荷等。另外,AFM还可对原子和分子进行操纵、修饰和加工,并设计和创造出新的结构和物质。