原子力顯微鏡：在薄膜技術(shù)中的應(yīng)用

原子力顯微鏡是一種可用來研究包括絕緣體在內(nèi)的固體材料表面結(jié)構(gòu)的分析儀器。它通過檢測待測樣品表面和一個微型力敏感元件之間的極微弱的原子間相互作用力來研究物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。

Bruker原子力顯微鏡是一種用于材料科學(xué)領(lǐng)域的分析儀器，于2015年9月11日啟用。

在薄膜技術(shù)中的應(yīng)用隨著膜技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人們力圖通過控制膜的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)制膜的方法，進(jìn)而提高膜的性能。

在過去的多年的研究中，關(guān)于膜的制備、形態(tài)與性能之間的關(guān)系已經(jīng)做了多方面的嘗試和研究，而且這些嘗試和研究對于膜的形成與透過機(jī)理都十分有價值，然而由于過程相當(dāng)復(fù)雜，對其中的理解仍然是不夠充分的。

1988 年，當(dāng)原子力顯微鏡發(fā)明以后，為膜表面形態(tài)的研究開啟了一扇新的大門。

原子力顯微鏡在膜技術(shù)中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它可以在大氣環(huán)境下和水溶液環(huán)境中研究膜的表面形態(tài)，精確測定其孔徑及孔徑分布，還可在電解質(zhì)溶液中測定膜表面的電荷性質(zhì)，定量測定膜表面與膠體顆粒之間的相互作用力。

無論在對哪個參數(shù)的測定中， 原子力顯微鏡都顯示了其他方法所沒有的優(yōu)點(diǎn)，因此，其應(yīng)用范圍迅速增長，已經(jīng)迅速變成膜科學(xué)技術(shù)中發(fā)展和研究的基本手段。

用于膜表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)特征研究的手段方法和很多，如掃描電子顯微鏡、壓汞法、泡點(diǎn)法、氣體吸附-脫附法、熱孔法以及溶質(zhì)透過特性等等。其中只有掃描電子顯微鏡能夠提供直接而又詳細(xì)的資料，如孔形狀和孔徑分布。

它在一段時期曾是微電子學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)研究工具，它可以分辨出小至幾個毫微米的細(xì)節(jié)。但是這種顯微鏡要求試樣表面涂覆金屬并在真空中成像，三維分辨能力差，發(fā)射的高能電子可能會損壞試樣表面而造成測量偏差。

原子力顯微鏡通過探針在試樣表面來回掃描，生成可達(dá)到原子分辨率水平的圖象，并不苛刻的操作條件（它可以在大氣和液體環(huán)境中操作），以及試樣不需進(jìn)行任何預(yù)處理的特點(diǎn)，其在膜技術(shù)中的應(yīng)用引起了廣泛的興趣。

原子力顯微鏡在膜技術(shù)中的應(yīng)用與研究主要包括以下幾個方面：

1. 膜表面結(jié)構(gòu)的觀察與測定，包括孔結(jié)構(gòu)、孔尺寸、孔徑分布；

2. 膜表面形態(tài)的觀察，確定其表面粗糙度；

3. 膜表面污染時的變化，以及污染顆粒與膜表面之間的相互作用力，確定其污染程度

4. 膜制備過程中相分離機(jī)理與不同形態(tài)膜表面的之間的關(guān)系。

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