原子力顯微鏡在材料科學研究中的應用(一)
在做原子力顯微鏡AFM測試時,科學指南針檢測平臺工作人員在與很多同學溝通中了解到,好多同學對AFM測試不太了解,針對此,科學指南針檢測平臺團隊組織相關(guān)同事對網(wǎng)上海量知識進行整理,希望可以幫助到科研圈的伙伴們;
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納米材料與粉體材料的分析
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在材料科學中,無論無機材料或有機材料,在研究中都有要研究文獻,材料是晶態(tài)還是非晶態(tài)。分子或原子的存在狀態(tài)中間化物及各種相的變化,以便找出結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的規(guī)律。在這些研究中AFM可以使研究者,從分子或原子水平直接觀察晶體或非晶體的形貌、缺陷、空位能、聚集能及各種力的相互作用。這些對掌握結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系有非常重要的作用。當今納米材料是材料領(lǐng)域關(guān)注的課題,而AFM對納米材料微觀的研究中,也是分析測視工具。納米材料科學的發(fā)展和納米制備技術(shù)的進步,將需要更新的測試技術(shù)和表征手段,以評價納米粒子的粒徑、形貌、分散和團聚狀況。原子力顯微鏡的橫向分辨率為0.1~0.2nm,縱向為0.01nm,能夠有效的表征納米材料。納米科學和技術(shù)是在納米尺度上(0.1~100nm)研究物質(zhì)(包括原子、分子)的特性和相互作用,并且利用這些特性的一個新興科學。其最終目標是直接以物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來的特性,制造具有特定功能的產(chǎn)品,實現(xiàn)生產(chǎn)力方式的飛躍。納米科學包括納米電子學、納米機械學、納米材料學、納米生物學、納米光學、納米化學等多個研究領(lǐng)域。
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納米科學的不斷成長和發(fā)展是與以掃描探針顯微術(shù)(SPM)為代表的多種納米尺度的研究手段的產(chǎn)生和發(fā)展密不可分的??梢哉f,SPM的相繼問世對納米科技的誕生與發(fā)展起了根本性的推動作用,而納米科技的發(fā)展又為SPM的應用提供了廣闊的天地。SPM是一個包括掃描隧道顯微術(shù)(STM)、原子力顯微術(shù)(AFM)等在內(nèi)的多種顯微技術(shù)的大家族。SPM不僅能夠以納米級甚至是原子級空間分辨率在真空、大氣或液體中來觀測物質(zhì)表面原子或分子的幾何分布和態(tài)密度分布,確定物體局域光、電、磁、熱和機械特性,而且具有廣泛的應用性,如刻劃納米級微細線條、甚至實現(xiàn)原子和分子的操縱。這一集觀察、分析及操作原子分子等功能于一體的技術(shù)已成為納米科學研究中的主要工具。
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在粉體材料的研究中,粉體材料大量的存在于自然界和工業(yè)生產(chǎn)中,但目前對粉體材料的檢測方法比較少,制樣也比較困難。AFM提供了一種新的檢測手段。它的制樣簡單,容易操作。以微波加熱法合成的低水合硼酸鋅粉體為例。我們可以將其在酒精溶液中用超聲波進行分散,然后置于新鮮的云母片上進行測試。其原子力顯微圖如圖1所示。粒徑約為20nm左右。
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圖1硼酸鋅的AFM圖
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