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概述原子力显微镜:在物理行业中的应用

发布时间:2021-11-09浏览:94次

原子力显微镜是一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。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。


物理学中,AFM 可以用于研究金属和半导体的表面形貌、表面重构、表面电子态及动态过程,超导体表面结构和电子态层状材料中的电荷密度等。


从理论上讲,金属的表面结构可由晶体结构推断出来,但实际上金属表面很复杂。衍射分析方法已经表明,在许多情况下,表面形成超晶体结构(称为表面重构),可使表面自由能达到最小值。而借助AFM 可以方便地得到某些金属、半导体的重构图像。例如, Si(111)表面的7*7 重构在表面科学中提出过多种理论和实验技术,而采用AFM 与STM 相结合技术可获得硅活性表面Si(111)-7*7 的原子级分辨率图像。


AFM 已经获得了包括绝缘体和导体在内的许多不同材料的原子级分辨率图像。随着扫描探针显微镜(SPM)系列的发展和技术的不断成熟,使人类实现了纳秒与数十纳米尺度的过程模拟,从工程和技术的角度开始了微观摩擦学研究,提出了分子摩擦学和纳米摩擦学的新概念。


纳米摩擦学是摩擦学新的分支学科之一,它对纳米电子学、纳米材料学和纳米机械学的发展起着重要的推动作用,而原子力显微镜在摩擦学研究领域的应用又将极大地促进纳米摩擦学的发展。原子力显微镜不仅可以实现纳米级尺寸微力的测量,而且可以得到三维形貌、分形结构、横向力和相界等信息尤其重要的是还可以实现过程的测量,达到实验与测量的统一,是进行纳米摩擦学研究的一种有力手段。


近年来,应用原子力显微镜研究纳米摩擦、纳米磨损、纳米润滑、纳米摩擦化学反应和微型机电系统的纳米表面工程等方面都取得了一些重要进展。总之,原子力显微镜在纳米摩擦学研究中获得了越来越广泛的应用,已经成为进行纳米摩擦学研究的重要工具之一。


扫描探针显微镜(SPM)系列的发展,使人们实现了纳米及纳米尺寸的过程模拟,微观摩擦学的研究在工程和技术上得到展开,并提出了纳米摩擦学的概念。纳米摩擦学将对纳米材料学、纳米电子学和纳米机械学的发展起着重要的推动作用。而AFM 在摩擦学中的应用又将进一步促进纳米摩擦学的发展。


AFM 在纳米摩擦、纳米润滑、纳米磨损、纳米摩擦化学反应和机电纳米表面加工等方面得到应用,它可以实现纳米级尺寸和纳米级微弱力的测量,可以获得相界、分形结构和横向力等信息的空间三维图像。在AFM 探针上修饰纳米MoO 单晶研究摩擦,发现了摩擦的各向异性。

 

总之,原子力显微镜在纳米摩擦学研究中获得了越来越广泛的应用,已经成为进行纳米摩擦学研究的重要工具之一。


 

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