原子力顯微鏡是用于研究納米尺度材料的*通用、*強(qiáng)大的顯微鏡技術(shù)之一。AFM原子力顯微鏡的兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠保護(hù)三維（3D）圖像和測(cè)量各種類型的表面。

原子力顯微鏡可以*少的樣品獲得原子級(jí)分辨率生成圖像，在本文中詳細(xì)討論了AFM原子力顯微鏡主要特征、測(cè)試原理等各個(gè)方面，特別是分析了影響原子力顯微鏡圖像準(zhǔn)確性的主要因素。

AFM原子力顯微鏡主要特征：

原子力顯微鏡通常用于表征納米級(jí)材料，其中包括與其定性和定量特性相關(guān)的有價(jià)值數(shù)據(jù)。例如，它提供有關(guān)納米材料的物理性質(zhì)（形態(tài)、表面紋理、粗糙度等）以及尺寸、體積分布和表面積等信息。

科學(xué)家們表示，在同一掃描中可以對(duì)幾種不同尺寸（從1 nm到8μm不等）的納米材料進(jìn)行表征，重要的是，AFM原子力顯微鏡可以表征多種介質(zhì)中的納米材料，例如受控環(huán)境、環(huán)境空氣以及液體分散體。這項(xiàng)技術(shù)可用于根據(jù)納米復(fù)合材料的空間分布研究納米復(fù)合材料。

基于軟件的原子力顯微鏡數(shù)據(jù)圖像處理可以提供單個(gè)納米顆粒的定量數(shù)據(jù)。研究人員介紹了使用AFM原子力顯微鏡表征納米顆粒相對(duì)于其他顯微鏡的一些優(yōu)勢(shì)（例如掃描電子顯微鏡SEM和透射電子顯微鏡TEM），原子力顯微鏡通過3D圖像提供更高的分辨率，這有助于測(cè)量納米顆粒的高度。

相比之下，SEM/TEM圖像只能提供二維圖像，因此，其定量評(píng)估能力有限。此外，與SEM/TEM工藝相比，AFM原子力顯微鏡操作簡單、成本低廉，并且納米級(jí)成像所需的實(shí)驗(yàn)室空間相對(duì)較少。

原子力顯微鏡測(cè)試過程及影響因素：

通常，AFM原子力顯微鏡配備有一個(gè)懸臂，懸臂由一個(gè)掃描樣本表面的尖銳探針組成。懸臂梁由硅或氮化硅組成，其尖DUAN半徑曲率是以納米尺度測(cè)量的。在懸臂梁的一端，梁與壓電位移致動(dòng)器相連，由原子力顯微鏡控制，另一端則包含與試樣相互作用的探針尖DUAN。

當(dāng)探針靠近表面時(shí)，由于表面相互作用，探針會(huì)受到吸引力或排斥力。由于力的作用，懸臂梁偏轉(zhuǎn)，這是通過激光束通過位置敏感光電二J管（PSPD）測(cè)量的。

AFM原子力顯微鏡通過掃描樣品上方的懸臂來獲得樣品的成像。反饋回路用于控制探頭在樣品表面上方的高度，從而不斷保持激光位置，這有助于生成準(zhǔn)確的原子力顯微鏡圖像。簡而言之，當(dāng)探針尖DUAN與樣品相互作用時(shí)，樣品會(huì)變形，直到接觸面積增加。對(duì)這種變形的準(zhǔn)確評(píng)估決定了原子力顯微鏡圖像的分辨率和可靠性。

AFM原子力顯微鏡根據(jù)探針-表面相互作用的性質(zhì)以多種模式運(yùn)行。一些模式包括間歇接觸模式、接觸模式和非接觸模式。在接觸模式下，顧名思義，探頭尖DUAN與表面接觸。在該模式下，尖DUAN和表面之間的相互作用是排斥的。非接觸模式是相反的；在間歇接觸模式下，懸臂梁在試樣表面附近垂直振動(dòng)。

成像模式的選擇是決定圖像分辨率的關(guān)鍵因素。研究人員表示，使用水性緩沖溶液是成像樣品的理想選擇，因?yàn)樗兄趯⑸飿悠繁４嬖谄湓紶顟B(tài)。

原子力顯微鏡儀器的振動(dòng)環(huán)境影響垂直成像的分辨率，其中懸臂垂直放置在試樣上。然而，與試樣的水平懸臂位置相關(guān)聯(lián)的AFM原子力顯微鏡圖像的分辨率受用于掃描的尖DUAN直徑的影響。通常，原子力顯微鏡儀器的垂直分辨率低于0.1 nm，X-Y分辨率約為1 nm。

為了獲得準(zhǔn)確的原子力顯微鏡圖像，B須使用各種標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓電級(jí)的軸向位移進(jìn)行適當(dāng)校準(zhǔn)。例如，通過使用臺(tái)階高度參考標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)AFM原子力顯微鏡，可以精確測(cè)量樣品的高度。

間歇接觸模式適用于納米顆粒表征，納米顆粒通過弱物理力固定在基板上。為了精確成像，振蕩振幅B須保持在10 nm以上，理想情況下在100 nm到200 nm之間。

多項(xiàng)研究表明，懸臂梁和探針尖DUAN的特性和尺寸在獲得敏感和高分辨率原子力顯微鏡圖像方面起著重要作用。因此，在選擇AFM原子力顯微鏡懸臂進(jìn)行成像時(shí)，B須考慮幾個(gè)特征，其中部分關(guān)鍵特征包括探頭的尖DUAN半徑和幾何形狀，因?yàn)樗鼤?huì)影響曲面特征的整體表示。通常，研究人員使用半徑小于10 nm的針頭進(jìn)行納米顆粒成像。

為了在間歇接觸模式下成功成像，B須有穩(wěn)定的懸臂。懸臂的穩(wěn)定性可以通過提供適當(dāng)?shù)哪芰縼砭S持，該能量可以克服尖DUAN和樣品之間的粘附力。科學(xué)家表示，約40 Nm-1的懸臂剛度可用于克服粘附力問題。

原子力顯微鏡圖像處理：

實(shí)時(shí)生成AFM原子力顯微鏡圖像后，可以使用原子力顯微鏡制造商提供的軟件查看、修改和分析圖像。通常，AFM原子力顯微鏡圖像被逐行展平以消除圖像顯影過程的殘余影響。

大多數(shù)原子力顯微鏡軟件包都提供包含橫截面線輪廓的自動(dòng)分析功能，這有助于根據(jù)像素?cái)?shù)據(jù)測(cè)量樣品高度。