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原子力显微镜(AFM)

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功能介绍

原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM):是一种可以用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定,另一端有一微小针尖,使之与样品表面轻轻接触。由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力,会使悬臂发生微小的偏转。通过检测出偏转量并作用反馈控制其排斥力的恒定,就可以获得微悬臂对应于各点的位置变化,从而获得样品表面形貌的图像。

成像模式:

1、接触模式:针尖与样品表面距离小,利用原子间的斥力;可获得高解析度图像;样品变形,针尖受损;不适合于表面柔软的材料。

2、非接触模式:针尖距离样品5-20nm,利用原子间的吸引力,不损伤样品表面,可测试表面柔软样品;分辨率低,有误判现象。

3、轻敲模式:探针在Z轴维持固定频率振动,当振动到谷底时与样品接触,对样品破坏小,分辨率几乎同接触模式相同。


制样要求

1. 薄膜样品,尺寸不大于2*2cm(请备注好测试面);

2. 粉末样品,质量不少于5mg;

3. 液体样品,体积不小于1ml(浓度不确定,可以加送溶剂空白样,进行测试前稀释);

4. C-AFM PFM 都要求导电;

5. 提供明确的测试要求(常规20X20um以内的测试区域就可以)最好能上传参考形貌并且打印随样品寄出;

6. AFM测试超过1小时按单价/小时收费(针对难测的样品,如二维材料),一般测试都在1小时/样;

7. 如果测试区域在1*1um以下,则需要与技术经理提前联系。

测试案例

AFM形貌粗糙度

AFM形貌粗糙度

光滑薄膜厚度表征

结肠癌细胞的AFM像(3D结构)

具有对称电极的KPFM图像和AFM图像

常见问题

Q1、AFM测试范围最好小于多少?一般能测多大?

答:小于80×80μm;能测10×10μm、20×20μm、50×50μm

Q2、AFM 测试数据有几种格式?

答:spm和mdt格式,分别用NanoScope Analysis、IA软件打开。

Q3、KPFM是什么?

答:开尔文探针力显微镜。

Q4、AFM粉末样品制样的常用基底有哪些?

答:常用基底有3种:HOPG(高定向石墨),MICA(云母),Si-chip(硅片)。HOPG的优点是导电,主要用于导电样品的测试。MICA和Si-chip都是常用基底,主要是提供一个平面,可以根据参考文献或之前的测试条件来选取。

Q5、为什么AFM测试中,样品表面粗糙度不能太大?

答:一般AFM仪器允许的最大高度差是10μm(部分仪器更小),对于表面起伏过大的样品,一方面可能超出仪器测试范围,另一方面可能导致跳针、针尖受损或污染,从而影响图像质量,增加损耗成本。

Q6、AFM测试中,对于导电性不佳的样品,是否需要喷金处理呢?

答:AFM的常规测试模式对样品导电性没有要求,部分电学模块测试,如KPFM,是需要样品导电的。由于金颗粒有一定尺寸,喷金会对形貌有一定影响,所以一般不建议喷金。

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