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      原子力顯微鏡(AFM)的原理及應用

      2018-02-24 15:04 檢測知識

        AFM原子力顯微鏡,眾所周知,材料表面的微觀幾何形貌特性在很大程度上影響著它的許多技術性能和使用功能。近年來,隨著科學技術的發展進步,對各種材料表面精度也提出了越來越高的要求。而隨著用戶對產品的要求越來越高,行業標準越來越嚴格,制造業自動化水平的提高,許多行業面臨整個工藝流程的改革,這給表面檢測帶來了機會。

        AFM ( Atomic Force Microscope ),即原子力顯微鏡,它可以在大氣和液體環境下對各種材料和樣品進行納米區域的物理性質包括形貌進行探測,或者直接進行納米操縱;用AFM觀察材料表面形貌,為研究樣品形態結構提供了便利,有助于監控產品質量,改善工藝。

        AFM原子力顯微鏡的原理:

        當原子間距離減小到一定程度以后,原子間的作用力將迅速上升。因此,由顯微探針受力的大小就可以直接換算出樣品表面的高度,從而獲得樣品表面形貌的信息。

        AFM原子力顯微鏡原理圖

        AFM原子力顯微鏡的特點:

        ( 1 )原子力顯微鏡掃描能提供各種類型樣品的表面狀態信息。與常規顯微鏡比較,原子力顯微鏡的優點是在大氣條件下,以高倍率觀察樣品表面,可用于幾乎所有樣品(對表面光潔度有一定要求),而不需要進行其他制樣處理,就可以得到樣品表面的三維形貌圖象。

        AFM三維形貌圖

        ( 2 )可對掃描所得的三維形貌圖象進行粗糙度計算、厚度、步寬、方框圖或顆粒度分析。

        AFM粗糙度圖示

        ( 3 ).高分辨力遠遠超過掃描電子顯微鏡(SEM),以及光學粗糙度儀。樣品表面的三維數據滿足了研究、生產、質量檢驗越來越微觀化的要求。

        AFM圖樣

        ( 4 ).非破壞性,探針與樣品表面相互作用力為10-8N以下,遠比以往觸針式粗糙度儀壓力小,因此不會損傷樣品,也不存在掃描電子顯微鏡的電子束損傷問題。另外掃描電子顯微鏡要求對不導電的樣品進行鍍膜處理,而原子力顯微鏡則不需要。

        AFM制樣時對樣品導電并無要求

        AFM原子力顯微鏡的應用:

        AFM原子力顯微鏡可用于表面觀察、尺寸測定、表面粗糙測定、顆粒度解析、突起與凹坑的統計處理、成膜條件評價、保護層的尺寸臺階測定、層間絕緣膜的平整度評價、VCD涂層評價、定向薄膜的摩擦處理過程的評價、缺陷分析等?,F已廣泛應用于半導體、航空、納米功能材料、生物、化工、食品、汽車、地質學、冶金、醫藥研究等納米相關學科的研究實驗領域中,成為納米科學研究的基本工具。

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