是一种纳米级表面形貌和物理性质测量技术,能够直接观测纳米级别的表面形态、粗糙度、力学性质等。以下是AFM原子力显微镜的应用总结介绍:
1. 样品表面形貌和粗糙度测量
表面形貌:AFM原子力显微镜能够清晰地显示样品的表面形貌,如凹凸、纳米线、纳米孔等。
粗糙度测量:原子力显微镜的高度像可用于样品表面微区高分辨的粗糙度测量,应用配套的数据处理软件能得到测定区域内粗糙度各表征参数的统计结果,如表面平均粗糙度Ra和均方根粗糙度Rq。
2. 力学性质测试
AFM原子力显微镜可以通过测量针尖与样品之间的相互作用力来获取样品的力学性质,如弹性模量、硬度、粘附力等。例如,在细胞力学特性的研究中,原子力显微镜能够测量细胞的弹性模量和粘性模量。
3. 材料科学研究
AFM原子力显微镜在材料科学领域有广泛应用,包括研究材料的表面形貌、晶格结构、相界等。它还可以用于制备和表征纳米结构,如纳米线、纳米管、纳米颗粒等。
4. 生物学研究
原子力显微镜在生物学研究中具有突出优势,如样品制备简单、对样品的破坏小、无需导电、无需低温或真空条件等。它能够对活细胞进行接近实时的观察,提供生物分子的高分辨三维图像,并观察生物分子之间的作用力。
5. 特殊模式应用
静电力显微镜(EFM):用于探测样品表面的静电力梯度,表征样品表面的静电势能、电荷分布及电荷运输等。
开尔文探针力显微镜(KPFM):在获得样品表面形貌的基础上可同时得到表面功函数或表面势。
磁力显微镜(MFM):利用磁性探针检测磁性材料表面的磁作用力,获得表面磁力分布、磁畴结构等信息。
压电响应显微镜(PFM):用于纳米尺度上研究压电材料、铁电材料等的表面电势及压电响应的测量。
导电原子力显微镜:在接触模式下,给导电探针和样品间施加直流电压,测量电流,从而得到样品的电流分布图像。
6. 技术优势
AFM原子力显微镜具有非接触、无损、高分辨率等优点,能够在多种环境(如空气、液体)中运作,为科学研究提供了有力的支持。
总之,原子力显微镜在材料科学、生物学、物理学等领域有着广泛的应用,通过检测原子间的作用力实现对样品表面的高分辨率成像和物理性质测试,为科学研究提供了重要的技术支持。