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原子力显微镜:在薄膜技术中的应用

发布时间:2021-11-08浏览:118次

原子力显微镜一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。


Bruker原子力显微镜是一种用于材料科学领域的分析仪器,于2015年9月11日启用。


在薄膜技术中的应用随着膜技术的蓬勃发展,人们力图通过控制膜的表面形态结构,改进制膜的方法,进而提高膜的性能。


在过去的多年的研究中,关于膜的制备、形态与性能之间的关系已经做了多方面的尝试和研究,而且这些尝试和研究对于膜的形成与透过机理都十分有价值,然而由于过程相当复杂,对其中的理解仍然是不够充分的。


1988 年,当原子力显微镜发明以后为膜表面形态的研究开启了一扇新的大门。


原子力显微镜在膜技术中的应用相当广泛,它可以在大气环境下和水溶液环境中研究膜的表面形态,精确测定其孔径及孔径分布,还可在电解质溶液中测定膜表面的电荷性质,定量测定膜表面与胶体颗粒之间的相互作用力。


无论在对哪个参数的测定中, 原子力显微镜都显示了其他方法所没有的优点,因此,其应用范围迅速增长,已经迅速变成膜科学技术中发展和研究的基本手段。


用于膜表面形态和结构特征研究的手段方法和很多,如扫描电子显微镜、压汞法、泡点法、气体吸附-脱附法、热孔法以及溶质透过特性等等。其中只有扫描电子显微镜能够提供直接而又详细的资料,如孔形状和孔径分布。


它在一段时期曾是微电子学的标准研究工具,它可以分辨出小至几个毫微米的细节。但是这种显微镜要求试样表面涂覆金属并在真空中成像,三维分辨能力差,发射的高能电子可能会损坏试样表面而造成测量偏差。


原子力显微镜通过探针在试样表面来回扫描,生成可达到原子分辨率水平的图象,并不苛刻的操作条件(它可以在大气和液体环境中操作),以及试样不需进行任何预处理的特点,其在膜技术中的应用引起了广泛的兴趣。

 

原子力显微镜在膜技术中的应用与研究主要包括以下几个方面:

1. 膜表面结构的观察与测定,包括孔结构、孔尺寸、孔径分布;

2. 膜表面形态的观察,确定其表面粗糙度;

3. 膜表面污染时的变化,以及污染颗粒与膜表面之间的相互作用力,确定其污染程度

4. 膜制备过程中相分离机理与不同形态膜表面的之间的关系。


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