原子力显微镜应用案例介绍

原子力显微镜，可用来研究材料表面结构的分析仪器，它通过检测待测样品表面和探针之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。不同于透射电镜和扫描电镜只能观察样品的平面形貌，原子力显微镜既可以测量样品平面形貌，还可以测得三维形貌，高度，粗糙度，粒径分布，材料性质等信息，它可以获取到相对比较多的样品信息。在样品的准备方面上来说，不需要真空环境，大气环境下就可以进行操作，既可以检测导体、半导体表面，也可以检测绝缘体表面。所以总的来讲，原子力显微镜就是一种测试环境兼容有极高的分辨率，然后样品制备简单，可适用于导体，半导体，绝缘体的表面无损的测试手段。

图1 原子力显微镜实物图

图2 工作原理图

图3 航空铝铜锂合金

   图3为利用原子力显微镜表面电势（KPFM）功能模块测试的铝铜锂合金的表面电势分布图。分析发现，晶界区存在明显的亮黄色条带区域，电势显著高于晶内，从腐蚀电化学角度，晶界将作为阴极、周围组织作为阳极，诱发晶间腐蚀。能谱分析发现亮黄色区域为富铜偏析区，说明KPFM很好地证实了富铜区的腐蚀活性低于铝基体，为铝铜锂合金的腐蚀行为研究提供了重要依据。由此可见，KPFM可以明确合金材料不同相的电势差异，这对材料腐蚀机理研究有很好的支撑作用，非常适合于具有局部腐蚀倾向的合金体系。利用原子力显微镜，助力于学校相关课题组发表了多篇高水平论文。

图4 AlCoCrFeNi高熵合金

图4为利用原子力显微镜磁力（MFM）功能模块测试的AlCoCrFeNi高熵合金在1200℃下热处理10小时后微观组织磁畴分布图。利用原子力显微镜的形貌模式，无法得到材料的BCC和FCC区域，但通过MFM测试分析得出，a为相变前条状FCC区域，b为相变后颗粒状的BCC区域，c为纳米级BCC基体，有效的解释了合金发生FCC-BCC相变后其室温饱和磁化强度提升的原因。利用原子力显微镜，助力于学校相关课题组发表了多篇高水平论文。