原子力顯微鏡可以測什么_應用百科

　　原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM)是一種基于探針與樣品表面相互作用的高分辨率顯微技術，能夠在納米尺度上對樣品進行三維形貌測量和多種物理、化學性質分析。其核心優(yōu)勢在于無需真空環(huán)境、可測量多種材料(包括絕緣體)，且能提供遠超光學顯微鏡的分辨率(橫向分辨率達0.1-0.2納米，縱向分辨率達0.01納米)。以下是AFM的主要測量功能及應用場景：

　　1、三維形貌重構

　　通過探針掃描樣品表面，記錄探針垂直位移(Z軸信號)，生成高分辨率的三維表面圖像。

　　應用：納米材料表面粗糙度分析、微電子器件結構表征、生物樣本(如細胞膜、DNA)表面形貌觀察。

　　案例：測量石墨烯表面單原子層臺階，高度差僅0.34納米。

　　2、臺階高度與輪廓分析

　　定量測量薄膜厚度、納米線直徑、顆粒高度等垂直尺寸。

　　應用：半導體薄膜生長質量評估、納米顆粒尺寸統(tǒng)計、涂層均勻性檢測。
 

　　1、彈性模量與硬度

　　通過力-距離曲線(Force-Distance Curve)分析，計算樣品局部彈性模量(Young's Modulus)和硬度。

　　應用：聚合物材料力學性能表征、生物組織(如軟骨、腫瘤細胞)硬度差異研究。

　　案例：測量癌細胞與正常細胞的彈性模量差異，輔助癌癥診斷。

　　2、粘附力與摩擦力

　　測量探針與樣品表面間的粘附力(如分子間作用力)或橫向摩擦力。

　　應用：潤滑材料性能評估、生物分子(如蛋白質、DNA)與基底相互作用研究。

　　1、導電原子力顯微鏡(C-AFM)

　　在探針上施加電壓，測量樣品表面電流分布，生成導電性映射圖。

　　應用：半導體器件漏電分析、導電聚合物薄膜均勻性檢測、太陽能電池電極接觸質量評估。

　　案例：定位太陽能電池中導電不良的微區(qū)，優(yōu)化制造工藝。

　　2、靜電力顯微鏡(EFM)

　　測量探針與樣品表面間的靜電力，反映表面電荷分布或介電常數(shù)。

　　應用：鐵電材料疇結構觀察、絕緣體表面電荷陷阱分析。
 

　　1、磁力顯微鏡(MFM)

　　使用磁性涂層探針，通過磁相互作用力映射樣品表面磁疇結構。

　　應用：硬盤磁頭開發(fā)、磁性納米顆粒排列研究、自旋電子器件表征。

　　案例：觀察磁存儲介質中納米級磁疇的寫入與讀取過程。
 

　　1、掃描熱顯微鏡(SThM)

　　探針尖端加熱并測量局部熱導率，生成熱分布圖。

　　應用：微電子器件熱管理優(yōu)化、復合材料熱導率各向異性分析。

　　1、化學力顯微鏡(CFM)

　　探針功能化修飾(如連接特定分子)，通過化學鍵合力識別表面化學成分。

　　應用：單分子檢測、催化劑表面活性位點定位、生物分子特異性識別。

　　2、生物樣本動態(tài)觀察

　　在液體環(huán)境中實時監(jiān)測細胞運動、蛋白質折疊或DNA雜交過程。

　　案例：觀察活細胞膜表面受體動態(tài)分布，研究藥物作用機制。

　　1、時間分辨AFM

　　高速掃描(毫秒級)捕捉表面形貌變化，如相變、結晶生長或腐蝕過程。

　　應用：電池電極充放電過程形貌演變、金屬腐蝕初期階段監(jiān)測。

　　1、AFM-拉曼聯(lián)用

　　結合AFM形貌與拉曼光譜化學信息，實現(xiàn)“形貌-成分”同步分析。

　　應用：二維材料(如MoS?)層數(shù)與缺陷識別、聚合物復合材料界面研究。

　   2、AFM-紅外聯(lián)用

　　通過針尖增強紅外光譜(TERS)，實現(xiàn)納米級化學成像。

　　應用：生物分子納米結構化學組成分析、催化劑表面活性中心定位。