高翔（西北大學(xué)，陜西 西安 710127）

1 原子力顯微鏡成像基本原理

原子力顯微鏡實際上就是通過原子之間的細(xì)微作用力來進行基本成像。原子力顯微鏡可以合理的把納米級探針適當(dāng)?shù)墓潭ㄔ趯τ诹Ρ容^敏感的、容易操控的彈性懸臂上。一旦探針靠近材料樣品的時候，樣品表面原子與探針頂端原子之間逐漸形成范德華力從而導(dǎo)致懸臂出現(xiàn)變形，以至于偏離原來的軌道，并且依據(jù)在掃描材料的時候測出的振動頻率或者偏移量來構(gòu)建三維圖像，從而得到材料的形狀和樣貌。依據(jù)不同材料和探針之間的不同作用力，原子力顯微鏡的主要模式有:輕敲模式、接觸模式以及非接觸模式來合理成像。在材料進行原子力成像的時候，一般使用的都是輕敲模式，主要就是利用探針的間歇性輕敲材料。因為材料與針尖接觸時間不是很長，可以很大程度的降低探針的破壞力。與以往的成像技術(shù)相比較來說，這種成像方式具有設(shè)備簡單、能夠在空氣、真空以及溶液中成像，因此，應(yīng)用比較廣泛。

2 原子力顯微鏡在材料成像中的應(yīng)用

2.1 原子力顯微鏡在探測材料樣貌方面的應(yīng)用

利用原子力顯微鏡來觀測材料的樣貌進行成像的時候，材料與探針之間出現(xiàn)相應(yīng)作用力改變能夠很好的反映出材料表面的三維圖像?？梢酝ㄟ^數(shù)值分析出材料表面的高低起伏情況，因此，在利用原子力顯微鏡對材料進行圖像分析的時候，可以有效地發(fā)現(xiàn)材料表面的顆粒程度、粗糙程度、孔徑分布以及孔的結(jié)構(gòu)等?？梢岳眠@種成像的方式把材料表面的情況形成三維圖像進行模擬顯示，促使形成的圖像更加利于人們觀察。

2.2 原子力顯微鏡在粉體材料中的應(yīng)用

在對粉體材料進行分析和研究的時候，可以利用原子力顯微鏡來逐漸分析原子或者分子中尺度，從而保證可以準(zhǔn)確觀測晶體以及非晶體的位置、形態(tài)、缺陷、聚能、空位以及不同力之間的相互作用。一般來說，粉體材料基本上都是使用在工業(yè)中的，但是現(xiàn)階段有關(guān)于檢測粉體材料的方法還是十分少的，研制樣品也相對比較困難。原子力顯微鏡實際上是一種新興的檢測方式，具有操作方便、制樣簡單等特點。很多專家學(xué)者認(rèn)為，人們使用化學(xué)方式研制出了SnS粉末，利用原子力顯微鏡把涂在硅基板上的材料進行成像，從圖像上我們很容易發(fā)現(xiàn)此類材料具有分布均勻的特點，每一個大約15nm。圖1為原子力顯微鏡下的SnS材料的成像圖。

圖1 原子力顯微鏡下的SnS材料的成像圖

2.3 原子力顯微鏡在晶體材料中的應(yīng)用

專家學(xué)者經(jīng)過不斷研究和分析得到了很多晶體生長的模型，但是經(jīng)過更加深入的分析和研究發(fā)現(xiàn)這些理論模型和實際情況是否相同還是具有一定差異，也逐漸成為學(xué)者討論和研究的重點，所以人們希望通過顯微鏡來監(jiān)測和觀察生長過程。雖然，使用傳統(tǒng)的顯微鏡已經(jīng)觀測出一定的成果，但是由于這些光學(xué)顯微鏡、激光全息干涉技術(shù)等存在分辨率不是十分高、實驗條件不是很好以及放大不足等問題，使得研究過程出現(xiàn)很大困難，導(dǎo)致不能觀測納米級的分子等。原子力顯微鏡的發(fā)展，為科學(xué)家們研究納米級分子或者原子提供了依據(jù)，也成為了專業(yè)人士研究晶體過程的重要方式。利用這種顯微鏡具有的能夠在溶液中觀察以及高分辨率等特點，可以保證科學(xué)家們能夠很好的觀測到晶體生長過程中的納米級圖像，從而不斷分析和掌握材料的情況。

3 結(jié)語

隨著社會的發(fā)展以及科技水平的提高，人們必然不會讓科學(xué)止步不前，原子力顯微鏡成像技術(shù)也會得到更大的發(fā)展和進步。原子力顯微鏡目前作為檢測材料方面的重要方式，雖然已經(jīng)取得了一定成績，但是還是會存在一定問題，例如，速度慢、范圍小等，因此，在未來的原子力應(yīng)該主要朝著幾個方面發(fā)展。一是發(fā)展速度更加快的原子力顯微鏡成像技術(shù)，增加撲捉原子之間情況的力度；二是，逐漸發(fā)展成為成像范圍比較大的原子力顯微鏡，保障能夠成像出高分子聚合物；三是，逐漸發(fā)展出可以很好的辨別原子種類的原子力顯微鏡成像技術(shù)，以便于可以很好分辨出材料中的分子種類。

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