原子力显微镜在纳米材料研究中的应用

贺 祯， 侯艳超， 周 璇， 殷海荣

(1. 陕西科技大学材料科学与工程学院， 陕西 西安 710021;2.西北工业大学凝固技术国家重点实验室， 陕西 西安 710072)

0 引 言

在近代仪器发展史上，显微技术一直随着人类科技进步而不断的快速发展，科学研究及材料发展也随着新的显微技术的发明而推至前所未有的微小世界.自从1982年Binning与Robher等人共同发明扫描穿隧显微镜(scanning tunneling microscope, STM)[1]之后，人类在探讨原子尺度的欲望上更向前跨出了一大步，对于材料表面现象的研究也进入了更深入的层次，在此之前，能直接看到原子尺寸的仪器只有场离子显微镜(field ion microscopy, FIM)与电子显微镜(electron microscope, EM).但碍于试片制备条件及操作环境的限制，对于原子尺寸的研究极为有限，而STM的发明则克服了这些问题.由于STM的原理主要是利用电子穿隧效应来得到原子影像，材料须具备导电性，因此其在应用上有所限制.1986年Binning等人利用此探针的原理又设计出原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)[2]，AFM不但具有原子尺寸解析的能力，亦解决了STM在导体上的限制，应用上更为方便.

目前的各种扫描式探针显微技术中，以原子力显微镜(AFM)应用最为广泛.AFM可适用于各种物品，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.鉴于原子力显微镜的重要作用，本文对其工作原理及其在薄膜、纳米粉体、晶体生长等领域的应用进行了分析讨论.

1 原子力显微镜的工作原理[3]

AFM是在STM基础上发展起来的，是通过测量样品表面分……