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原子力顯微鏡有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
原子力顯微鏡(AFM)是一種掃描探針顯微鏡(SPM)，其分辨率在納米量級，比光學(xué)衍射極限高1000倍以上。信息是通過用機(jī)械探針“感覺”或“觸摸”表面來收集的。壓電元件有助于根據(jù)(電子)命令進(jìn)行微小但精確的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確掃描。
原子力顯微鏡的優(yōu)點(diǎn)：
原子力顯微鏡與掃描電子顯微鏡相比有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。與電子顯微鏡不同，電子顯微鏡提供樣品的二維投影或二維圖像，原子力顯微鏡提供三維表面輪廓。 此外，原子力顯微鏡觀察的樣品不需要任何會(huì)不可逆地改變或損壞樣品的特殊處理(如金屬/碳涂層)，并且在最終圖像中通常不會(huì)受到帶電偽影的影響。 電子顯微鏡需要昂貴的真空環(huán)境才能正常工作，而大多數(shù)原子力顯微鏡可以在環(huán)境空氣甚至液體環(huán)境中非常好地工作。 這使得研究生物大分子甚至生物有機(jī)體成為可能。 原則上，原子力顯微鏡可以提供比掃描電鏡更高的分辨率。 它已經(jīng)被證明能在超高真空(UHV)和最近在液體環(huán)境中提供真正的原子分辨率。 高分辨率原子力顯微鏡在分辨率上與掃描隧道顯微鏡和透射電子顯微鏡相當(dāng)。原子力顯微鏡還可以與各種光學(xué)顯微鏡和光譜學(xué)技術(shù)相結(jié)合，例如紅外光譜的熒光顯微鏡，從而產(chǎn)生掃描近場光學(xué)顯微鏡、納米傅里葉變換紅外光譜并進(jìn)一步擴(kuò)展其適用性。原子力顯微鏡和光學(xué)儀器的結(jié)合主要應(yīng)用于生物科學(xué)，但最近引起了人們對光伏 ，儲(chǔ)能研究，聚合物科學(xué)，納米技術(shù) 甚至醫(yī)學(xué)研究的濃厚興趣。
缺點(diǎn)：
與掃描電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡的缺點(diǎn)之一是掃描圖像尺寸單一。在一次掃描中，掃描電鏡可以對景深為毫米的平方毫米的區(qū)域進(jìn)行成像，而原子力顯微鏡只能對最大掃描面積約為150×150微米，最大高度約為10-20微米的區(qū)域進(jìn)行成像。一種改進(jìn)原子力顯微鏡掃描區(qū)域大小的方法是以類似于千足蟲數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方式使用平行探針。
原子力顯微鏡的掃描速度也是一個(gè)限制。傳統(tǒng)上，原子力顯微鏡掃描圖像的速度不如掃描電子顯微鏡快，典型掃描需要幾分鐘，而掃描電子顯微鏡能夠幾乎實(shí)時(shí)掃描，盡管掃描質(zhì)量相對較低。原子力顯微鏡成像過程中相對較慢的掃描速度經(jīng)常導(dǎo)致圖像中的熱漂移 使得原子力顯微鏡不太適合測量圖像上形貌特征之間的精確距離。然而，幾個(gè)快速動(dòng)作的設(shè)計(jì)被建議用來提高顯微鏡的掃描效率，包括所謂的視頻AFM(視頻AFM可以以比平均掃描速度更快的視頻速率獲得合理質(zhì)量的圖像)。為了消除由熱漂移引起的圖像失真，已經(jīng)引入了幾種方法。
原子力顯微鏡圖像也可能受到非線性、滯后， 壓電材料的蠕變以及 x, y, z 可能需要軟件增強(qiáng)和過濾軸的影響。這種過濾可以“展平”真實(shí)的形貌特征。然而，較新的原子力顯微鏡使用實(shí)時(shí)校正軟件(例如，面向特征的掃描)或閉環(huán)掃描儀，這實(shí)際上消除了這些問題。一些原子力顯微鏡還使用分離的正交掃描儀(相對于單個(gè)試管)，這也有助于消除部分串?dāng)_問題。
原子力顯微鏡與任何其他成像技術(shù)一樣，存在圖像偽影的可能性，這可能是由不合適的尖部、惡劣的操作環(huán)境，甚至是樣品本身引起的，如右圖所示。這些圖像偽像是不可避免的；然而，它們的出現(xiàn)和對結(jié)果的影響可以通過各種方法減少。由過于粗糙的尖部導(dǎo)致的偽像可能是由于例如不適當(dāng)?shù)奶幚砘蛘哂捎趻呙柽^快或者表面不合理粗糙而與樣品發(fā)生事實(shí)上的碰撞，從而導(dǎo)致尖部的實(shí)際磨損。
由于原子力顯微鏡探頭的性質(zhì)，它們通常不能測量陡峭的墻壁或懸高。 特制的懸臂和原子力顯微鏡可以用來調(diào)節(jié)探頭的側(cè)面和上下方向(如動(dòng)態(tài)接觸和非接觸模式)，以更昂貴的懸臂、更低的橫向分辨率和額外的人為因素為代價(jià)來測量側(cè)壁。