先进材料表征
AFM 原子力显微镜分析
纳米尺度表面形貌与力学性质测量。
1测试概述
原子力显微镜（AFM）利用微悬臂针尖扫描样品表面，检测针尖与样品间相互作用力，获得纳米级三维表面形貌、粗糙度、膜厚、弹性模量等信息，无需导电和真空，适用于薄膜、涂层、高分子、生物样品。
2测试目的
- 测量纳米级表面三维形貌和粗糙度。
- 测量薄膜厚度和台阶高度。
- 表征微纳结构（纳米线、量子点）尺寸。
- 测用力曲线获取力学性质（模量、粘附力）。
3适用标准
ISO 18115-1:2019
Surface chemical analysis — Vocabulary
GB/T 27417-2017
合格评定 化学分析方法确认和验证指南
注：以上为行业常用参考标准，具体执行标准以受托实验室现行有效版本及 CNAS/CMA 认可范围为准。
4测试方法与流程
4.1 样品准备
- 样品表面平整，尺寸 ≤10×10 mm。
- 样品固定在样品台，无松动。
- 样品需干燥（液相模式除外）。
- 表面无游离颗粒。
4.2 测试条件与参数
| 参数项 | 要求/范围 | 说明 |
|---|
| 扫描模式 | 接触/轻敲/非接触 | 按样品选择 |
| 扫描范围 | 1 μm–100 μm | 视结构尺度 |
| 分辨率 | 横向 ~0.1 nm，纵向 ~0.01 nm | 原子级 |
| 扫描速率 | 0.5–2 Hz | 常规 |
| 探针 | Si₃N₄/Si 针尖 | 按模式选择 |
4.3 测试步骤
- 样品装台，激光对准悬臂。
- 选择合适扫描模式和范围。
- 粗定位目标区域。
- 设定扫描参数，开始扫描。
- 图像 flatten 处理，去除倾斜。
- 测量粗糙度、厚度、粒径等参数。
5主要设备与仪器
- 原子力显微镜（AFM，轻敲/接触模式）。
- 不同探针。
- 图像处理软件（粗糙度、粒径统计）。
- 样品台、胶带。
6结果与判定
主要结果参数
- 三维形貌图像。
- Ra/Rq 粗糙度（nm）。
- 膜厚/台阶高度（nm）。
- 颗粒尺寸统计。
判定依据
将测得粗糙度、膜厚等与产品规范要求比较，落在范围内为合格；结果为非破坏性测量，可重复。
7注意事项
安全提示：AFM 针尖脆弱，勿碰撞；激光对眼睛有害，勿直视。
- 扫描范围选择应与结构尺度匹配。
- 软质样品用轻敲模式，避免针尖损伤。
- 图像需 flatten 处理消除倾斜。
- 针尖磨损会影响分辨率，需定期更换。