每日科技名词|原子力显微镜法

情毒

原子力显微镜法

atomic force microscope，AFM

定义：利用原子间范德瓦耳斯作用力随着作用距离的变化，用压电陶瓷器件控制嵌在弹性悬臂梁上的针尖以接触或非接触方式，对原子平整的样品表面进行扫描从而获得表面形貌微结构的分析方法。

学科：化学_分析化学_仪器分析_能谱分析

相关名词：传感器 分辨率 扫描电子显微镜


【延伸阅读】

原子力显微镜法是利用一个对力敏感的探针探测针尖与样品之间的相互作用力来实现表面成像的。将一个对微弱力极敏感的弹性微悬臂一端固定起来，使另一端的针尖与样品表面轻轻接触，当针尖尖端原子与样品表面间存在极微弱的作用力（10-8~10-6N）时，微悬臂会发生微小的弹性形变。针尖与样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，扫描过程中利用反馈回路保持针尖和样品之间的作用力恒定，即保持微悬臂的变形量不变，针尖就会随表面的起伏上下移动，记录针尖上下运动的轨迹就可得到表面形貌的信息。这种检测方式称为“恒力”模式，是使用最广泛的扫描方式。

原子力显微镜法是通过检测微悬臂形变的大小来获得样品表面的图像的，所以微悬臂形变检测至关重要。目前，检测微悬臂形变的方式主要有以下几种：①隧道电流检测法；②电容检测法；③光学检测法；④压敏电阻检测法。

提高原子力显微镜法成像的分辨率一直是人们努力的方向，比如提高三维扫描控制的精度，或者利用振动隔离系统减少振动、声波干扰等带来的噪声，甚至改变检测的方式，都能有效地提高分辨率。而对于一台既定的商用仪器，提高分辨率就要从针尖、样品的处理以及环境的控制等方面来下功夫。

首先是选择尖端曲率半径小的针尖，减小针尖与样品之间的接触面积，减小针尖的放大效应。其次是提高环境的洁净度，减少灰尘对针尖和表面的污染（如果针尖上有污染物，就会与表面形成多点接触，出现多针尖的假象）。由于毛细作用力的存在，在空气中进行原子力显微镜法成像时，黏滞力会造成样品与针尖的接触面积增大，分辨率降低。如在真空环境下测定，可以在气氛控制箱中冲入干燥的氮气，或者采用溶液中成像等，消除毛细作用力，达到减少对样品表面的损伤及提高分辨率的目的。

原子力显微镜法可以在大气、高真空、液体等环境中，检测导体、半导体和绝缘体样品以及生物样品的形貌、尺寸以及力学性能等，适用范围广泛。