AFM原子力显微镜测试

1.项目介绍

原子力显微镜（AFM）是一种可用于研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。其原理是将一端固定、另一端带有微小针尖的微悬臂与样品表面轻轻接触，针尖尖端原子与样品表面原子间的微弱排斥力使悬臂发生微小偏转。通过检测偏转量并反馈控制以保持排斥力恒定，可获得微悬臂对应于各点的位置变化，从而得到样品表面形貌图像。

成像模式：

1.1 接触模式：针尖与样品表面距离小，利用原子间斥力成像。可获得高分辨率图像，但可能导致样品变形或针尖受损，不适用于表面柔软的材料。

1.2 非接触模式：针尖距离样品 5–20 nm，利用原子间吸引力成像。不损伤样品表面，可测试柔软样品，但分辨率较低且可能存在误判。

1.3 轻敲模式：探针在 Z 轴维持固定频率振动，振动至波谷时与样品接触。对样品破坏小，分辨率几乎与接触模式相同。

2.样品要求

2.1 薄膜和块体样品：尺寸不大于 2 cm × 2 cm，厚度 0.1–1 cm。必须清晰标注测试面。块状样品需固定牢固，避免运输过程中晃动或摩擦影响测试结果。

2.2 粉末样品：质量不少于 10 mg。请务必备注制样条件，包括分散液、超声时间及配制浓度。

2.3 常规测试项目样品表面起伏一般不超过 5 μm，特殊测试项目不超过 1 μm。粗糙度过大会严重影响测试数据并损耗探针。

2.4 液体样品：体积不少于 1 mL。如浓度不确定，可加送溶剂空白样用于测试前稀释。请务必备注制样条件，包括分散液、超声时间及配制浓度。

2.5 C-AFM、KPFM、PFM、PeakForce 等测试模式均要求样品导电，且需将样品制备于导电基底上，基底尺寸需符合块体样品要求。

2.6 PFM 和 KPFM 测试要求样品表面非常平整，粗糙度最好控制在 10–200 nm 范围内。粉末样品难以获得良好测试结果，下单前请确保风险可接受。

2.7 请提供明确的测试要求（常规测试区域 20 μm × 20 μm 以内即可），最好提供参考形貌图并打印随样品寄出。若测试区域在 1 μm × 1 μm 以下，请提前与技术经理联系。

2.8 对于不导电样品（如塑料、聚合材料、高分子材料等），建议使用吸附胶盒或离心管装样，请勿直接使用自封袋。如需使用自封袋，请将样品与包装固定牢固，避免运输过程中因摩擦产生静电导致样品难以测试或无法测试。

3.常见问题

3.1 AFM测试范围最好小于多少？一般能测多大?

小于80×80μm；能测10×10μm、20×20μm、50×50μm。

3.2 AFM 测试数据有几种格式？

spm和mdt格式，分别用NanoScope Analysis、IA软件打开。

3.3 AFM粉末样品制样的常用基底有哪些？

常用基底有3种：HOPG（高定向石墨），MICA（云母），Si-chip（硅片）。HOPG的优点是导电，主要用于导电样品的测试。MICA和Si-chip都是常用基底，主要是提供一个平面，可以根据参考文献或之前的测试条件来选取。

3.4 为什么AFM测试中，样品表面粗糙度不能太大？

一般AFM测试，常规的形貌等模式要求样品起伏一般不超过5微米，特殊的电学力学等测试模式样品起伏一般不超过1微米，对于表面起伏过大的样品，一方面可能超出仪器测试范围，另一方面可能导致跳针、针尖受损或污染，从而影响图像质量，增加损耗成本。

3.5 AFM测试中，对于导电性不佳的样品，是否需要喷金处理呢？

AFM的常规测试模式对样品导电性没有要求，部分电学模块测试，如KPFM，是需要样品导电的。由于金颗粒有一定尺寸，喷金会对形貌有一定影响，所以一般不建议喷金。