納米壓痕和原子力顯微鏡是分析木材亞微觀結(jié)構(gòu)的重要表征技術(shù)，能夠?qū)δ静闹袕?qiáng)化纖維聚合物的界面及木材細(xì)胞壁進(jìn)行原子級空間分辨的表面結(jié)構(gòu)表征，對納米級硬度、彈性、塑性等力學(xué)性能進(jìn)行測定。傳統(tǒng)的納米壓痕技術(shù)是直接采用專用納米壓痕儀進(jìn)行檢測，而將納米壓痕技術(shù)與ＡＦＭ結(jié)合是一種新興的測定力學(xué)性能的方法?；冢粒疲偷募{米壓痕技術(shù)是微納米尺度下研究木材及木質(zhì)材料硬度和彈性模量的重要方法，可以實(shí)現(xiàn)對55第１期高步紅等：原子力顯微鏡在木材科學(xué)研究中的進(jìn)展。

木質(zhì)材料細(xì)胞壁的力學(xué)性能（硬度、彈性模量、屈服強(qiáng)度）的量測。

1997年，Ｗｉｍｍｅｒ等采用納米壓痕技術(shù)首次對云杉木材管胞壁的硬度和彈性模量進(jìn)行了報(bào)道，對80年生云杉早晚材管胞２Ｓ層的縱向模量平均值的大小進(jìn)行了計(jì)算，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)尖削形狀管胞細(xì)胞壁邊緣的機(jī)械性能更優(yōu)。后續(xù)的研究工作發(fā)現(xiàn)，通過納米壓痕技術(shù)測得的細(xì)胞壁上的數(shù)據(jù)是離散的，且相鄰管胞次生壁之間的彈性模量和硬度數(shù)據(jù)不一致，研究者推測該現(xiàn)象可能與細(xì)胞壁微纖絲角、壓針的有效壓入角度（壓針軸與細(xì)胞縱軸之間的夾角）以及幾何形狀等因素相關(guān)。2002年，Ｇｉｎｄｌ等通過基于ＡＦＭ技術(shù)的納米壓痕儀和小角Ｘ射線衍射儀的聯(lián)用，對三聚氰胺改性后的云杉細(xì)胞壁Ｓ２層的縱向力學(xué)性能與微纖絲角之間的作用進(jìn)行了研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米壓痕技術(shù)測得的彈性模量值與微纖絲角的大小緊密相關(guān)，而硬度值受微纖絲角影響較小。2006年，Ｗａｎｇ等采用連續(xù)納米壓痕技術(shù)研究了木材細(xì)胞壁的納米級硬度和彈性模量，并報(bào)道了天然木材纖維的硬度和彈性模量大小，發(fā)現(xiàn)這與纖維素微纖絲角的大小有關(guān)。2009年，Ｋｏｎｎｅｒｔｈ等采用準(zhǔn)靜態(tài)納米壓痕技術(shù)，同時(shí)結(jié)合廣角Ｘ射線散射技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)，全面地對納米壓痕測試結(jié)果的影響因素展開研究，認(rèn)為壓針的有效壓入角度對彈性模量測量結(jié)果的影響更大，從而使相鄰管胞次生壁之間的彈性模量值的大小存在差別。

在研究厚度為納米級的界面力學(xué)性能時(shí)，表征較為困難。納米壓痕技術(shù)受限于分辨率，不能測得真正的界面區(qū)域；而普通的原子力顯微鏡的力學(xué)成像效果受限于材料剛度，不能反應(yīng)界面的力學(xué)信息。然而，Ｈｕｒｌｅｙ于2009年引入了接觸諧振力顯微鏡（ｃｏｎｔａｃｔ?ｒｅｓｏｎａｎｃｅｆｏｒｃｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，簡稱ＣＲ?ＦＭ），即超聲原子力顯微鏡。它可對納米尺度下的界面形貌特征及其力學(xué)信息分布進(jìn)行表征，從而實(shí)現(xiàn)在納米級分辨率下對材料真實(shí)力學(xué)性能進(jìn)行定量表征，成為微觀力學(xué)表征技術(shù)的發(fā)展趨勢。Ｎａｉｒ等于2010年利用超聲原子力顯微鏡技術(shù)對天然纖維細(xì)胞壁各個(gè)壁層以及強(qiáng)化天然纖維聚合物界面的力學(xué)性能展開研究。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出纖維細(xì)胞壁Ｓ２層、Ｓ１層、胞間層的模量分別為22.5—28.0，17.9—20.2，15.0—15.5ＧＰａ，而被馬來酸酐接枝聚丙烯（ＭＡＰＰ）改性后的界面為118—160ｎｍ，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)纖維與聚合物間界面區(qū)域的彈性模量呈梯度變化。

原子力顯微鏡作為一種新型的表面結(jié)構(gòu)分析儀器，因其獨(dú)特優(yōu)勢已被廣泛地應(yīng)用于木材科學(xué)領(lǐng)域，諸如木材微觀尺度結(jié)構(gòu)表征，纖維素表面形貌和粗糙度分析以及基于ＡＦＭ的納米壓痕技術(shù)在木材細(xì)胞壁力學(xué)性能測定。為了進(jìn)一步拓展原子力顯微鏡在木材科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，以及將其不斷深入到木材學(xué)科的研究工作中，在今后的科研工作中還可以在以下幾方面繼續(xù)開展深入研究：（１）加強(qiáng)峰值力納米力學(xué)模量成像技術(shù)在木材領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。峰值力納米力學(xué)模量成像技術(shù)作為原子力顯微鏡技術(shù)的延伸，具有高效率、高分辨率、穩(wěn)定性以及可多次原位測量等特征，能夠?qū)崿F(xiàn)對界面結(jié)構(gòu)形貌及物理特性的定量檢測，也是對多相材料區(qū)域力學(xué)性能進(jìn)行表征的前沿技術(shù)。目前，峰值力納米力學(xué)模量成像技術(shù)在木材領(lǐng)域的研究尚未普及。今后的科研工作可以加強(qiáng)該方法在木材膠合界面結(jié)構(gòu)尺寸和性能的原位定量測試為深入研究木材膠合界面的微小區(qū)域提供了新的，方法和思路。（２）木材的各向異性和不均勻性使其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，使用單一表征手段很難對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面表征，因此可以將原子力顯微鏡技術(shù)與其他多種表征技術(shù)相結(jié)合及采用不同方法間相互驗(yàn)證、相互補(bǔ)充，可以更全面地掌握木材結(jié)構(gòu)信息。比如將原子力顯微鏡與激光共聚焦顯微鏡結(jié)合使用，觀察樹脂在細(xì)胞壁上的分布，從而量化樹脂對細(xì)胞壁力學(xué)性能的影響；或者將原子力顯微鏡技術(shù)與二維核磁共振技術(shù)結(jié)合，可用于研究涂料和木材間復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)與細(xì)胞壁力學(xué)性能之間的關(guān)系，但目前缺乏相關(guān)的表征報(bào)道。（３）基于ＡＦＭ的納米壓痕技術(shù)對木材樣品細(xì)胞壁的力學(xué)性能（硬度、彈性模量等）及其影響因素的研究，以便建立木材細(xì)胞壁力學(xué)性能與木材產(chǎn)品的力學(xué)性能之間的數(shù)學(xué)模型，從而為對木材進(jìn)行加工和改性提供理論依據(jù)，更終實(shí)現(xiàn)木材產(chǎn)品的超前設(shè)計(jì)。