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原子力顯微鏡AFM:解鎖納米科技的無限可能

更新時間:2024-07-31      點擊次數:1568
  原子力顯微鏡(Atomic Force Microscopy,AFM)是一種具有原子級別高分辨率的新型表面分析儀器,它不但能像掃描隧道顯微鏡(STM)那樣觀察導體和半導體材料的表面現象,而且能用來觀察諸如玻璃、陶瓷等非導體表面的微觀結構,還可以在氣體、水和油中無損傷地直接觀察物體,大大地拓展了顯微技術在生命科學、物理、化學、材料科學和表面科學等領域中的應用。
 
  AFM主要由掃描隧道顯微鏡(STM)發展而來,其基本原理相似。AFM 通過一個微小的針尖與樣品表面相互作用,以實現高分辨率的表面成像。針尖與樣品之間的相互作用力可以是吸引力或斥力。根據針尖與樣品表面之間的距離和作用力的性質,AFM 主要有三種成像模式:接觸模式、非接觸模式和輕敲模式。
 
  1.接觸模式:針尖與樣品表面距離較小,利用原子間的斥力。這種模式可以獲得高解析度圖像,但可能導致樣品變形和針尖受損。接觸模式不適合于表面柔軟的材料。
 
  2.非接觸模式:針尖距離樣品 5-20 納米,利用原子間的吸引力。這種模式不損傷樣品表面,可測試表面柔軟樣品,但分辨率較低,有誤判現象。
 
  3.輕敲模式:針尖在掃描過程中周期性地接觸和離開樣品表面,以減少表面損傷和提高成像分辨率。
 
  AFM的出現,極大地推動了納米科技的發展。在材料科學領域,科學家利用AFM研究納米材料的表面形貌、粗糙度、力學性質等,為設計更先進的功能材料提供了寶貴數據。在生物醫學領域,AFM成為解析生物分子結構、細胞膜動態變化及細胞間相互作用的重要工具,助力新藥研發與疾病診斷。此外,在半導體工業、數據存儲技術乃至環境科學等多個領域,AFM都發揮著非常重要的作用。

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