原子力显微镜(AFM)综述

最早扫描式显微技术(STM)使我们能观察表面原子级影像，但是 STM 的样品基本上要求为导体，同时表面必须非常平整， 而使 STM 使用受到很大的限制。而目前的各种扫描式探针显微技术中，以原子力显微镜(AFM)应用是最为广泛，AFM 是以针尖与样品之间的属于原子级力场作用力，所以又被称为原子力显微镜。AFM 可适用于各种的物品，如金属材料、高分子聚合物、生物细胞等，并可以操作在大气、真空、电性及液相等环境，进行不同物性分析，所以AFM 最大的特点是其在空气中或液体环境中都可以操作， 因此，AFM 在生物材料、晶体生长、作用力的研究等方面有广泛的应用。根据针尖与样品材料的不同及针尖－样品距离的不同，针尖与样品之间的作用力可以是原子间斥力、范德瓦尔斯吸引力、弹性力、粘附力、磁力和静电力以及针尖在扫描时产生的摩擦力。通过控制并检测针尖与样品之间的这些作用力，不仅可以高分辨率表征样品表面形貌，还可分析与作用力相应的表面性质：摩擦力显微镜可分析研究材料的摩擦系数；磁力显微镜可研究样品表面的磁畴分布，成为分析磁性材料的强有力工具；利用电力显微镜可分析样品表面电势、薄膜的介电常数和沉积电荷等。另外，AFM 还可对原子和分子进行操纵、修饰和加工，并设计和创造出新的结构和物质。