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材料结构的实验研究•非图像非图像( (衍射法衍射法) )：： X X射线衍射、中子衍射、电子衍射射线衍射、中子衍射、电子衍射•图像类（显微术）：图像类（显微术）： 原子力显微镜、场离子显微镜、原子力显微镜、场离子显微镜、STMSTM材料结构的实验研究X-射线、中子、和电子衍射的源-- X-ray,中子和中子和电子子同：都具有波动性，满足基本的波动规律--布拉格公式布拉格公式(Bragg Law)：：2d*sinθ=nλ(n是自然数是自然数)异： i)表观上的差异，，X-ray是光子是光子(电磁波磁波)、不、不带电没有磁性；没有磁性；电子子带负电；中子不；中子不带电、、质量量较大而且具有磁性大而且具有磁性 ii)本质上的差异，参考，参考图1所示：所示：X射射线是是电磁波，没有静止磁波，没有静止质量，均匀量，均匀介介质中速度不中速度不变，波，波动行行为在在时空上的空上的dispersion呈呈现简单的的线性关系；而性关系；而电子、中子是物子、中子是物质波，具有波，具有质量，均匀介量，均匀介质中中运运动速度可以速度可以变化，化，时空上的空上的dispersion呈呈现平方平方项。

材料结构的实验研究图1 电子、X-ray 和中子的时空dispersion对照图 正是这样的本质差别导致波长正是这样的本质差别导致波长( (动量动量) )与频率与频率( (能量能量) )之间的之间的关系在电磁波关系在电磁波( (这里是这里是X-ray)X-ray)和物质波和物质波( (这里是电子、中子这里是电子、中子) )间的间的截然不同截然不同 材料结构的实验研究1、XRD具有其他两种技术所不能比拟的地方是它能最准确的测定晶胞参数 如图如图2 2所示，在精确确定晶胞参数这点上，中子所示，在精确确定晶胞参数这点上，中子衍射最不可取，一方面因为中子衍射波长衍射最不可取，一方面因为中子衍射波长practicallypractically相对较长，另一方面中子衍射波长的相对较长，另一方面中子衍射波长的校准很难做的很理想，所以中子衍射的结果容易偏校准很难做的很理想，所以中子衍射的结果容易偏离真实值而且分散较大电子衍射之选区衍射技术，离真实值而且分散较大电子衍射之选区衍射技术，角度角度( (这里通过相机常数转化成这里通过相机常数转化成distance)distance)探测的精探测的精密性受限制密性受限制( (比不上比不上XRDXRD的成熟技术的成熟技术) )，况且多数时，况且多数时候靠人眼去分辨，加上相机长度、标尺的误差，很候靠人眼去分辨，加上相机长度、标尺的误差，很难得到精确标定；电子衍射之会聚束电子衍射难得到精确标定；电子衍射之会聚束电子衍射(CBED)(CBED)，在精密性上相对选区要高，但，在精密性上相对选区要高，但CBEDCBED存在的存在的不足不足,CBED,CBED测定一个微区晶格参数，而这个晶格参测定一个微区晶格参数，而这个晶格参数很大程度上受到数很大程度上受到strainstrain的影响，以至于不容易获的影响，以至于不容易获得标准晶格参数。

得标准晶格参数 而而XRDXRD，尤其是高能同步辐射，尤其是高能同步辐射XRDXRD，在精密确定，在精密确定晶胞参数上，具有不可替代的优势，以至于当今的晶胞参数上，具有不可替代的优势，以至于当今的晶体结构信息库中的晶格参数大多采用晶体结构信息库中的晶格参数大多采用XRDXRD的结果 图2 不同衍射技术测定晶格常数的"精"&"准"性对照图 材料结构的实验研究2、中子衍射优势有原子核敏感和磁性结构敏感两点i)轻原子及同位素相对敏感，如图，如图3 3所示，中子对于较轻所示，中子对于较轻的的C,H,OC,H,O及其同位素的散射显然比及其同位素的散射显然比XRDXRD更强，电子由于核内更强，电子由于核内电子的库伦屏蔽效应，对较轻原子核及其同位素散射的敏电子的库伦屏蔽效应，对较轻原子核及其同位素散射的敏感性也不如中子感性也不如中子 图3 中子和X射线对不同原子散射能力对照示意图材料结构的实验研究•ii)磁性结构的精确确定，对于磁性材料，中子衍射谱中对于磁性材料，中子衍射谱中包含磁性离子及磁性结构信息，通过中子衍射特定峰位使包含磁性离子及磁性结构信息，通过中子衍射特定峰位使用一定的模型拟合，可以，得到特定的磁性周期结构，比用一定的模型拟合，可以，得到特定的磁性周期结构，比如图如图4 4所示，通过中子衍射技术得到反铁磁氧化物所示，通过中子衍射技术得到反铁磁氧化物BiFeO3BiFeO3的自旋波周期结构约为的自旋波周期结构约为62nm62nm，而这个信息通过，而这个信息通过XRDXRD或电子或电子衍射是难以获得的。

衍射是难以获得的图4 BiFeO3的磁性结构周期的中子衍射确定 材料结构的实验研究 这里主要基于透射电镜这里主要基于透射电镜(TEM)(TEM)讨论，扫描电镜中是电子讨论，扫描电镜中是电子背散射衍射背散射衍射(EBSD in SEM)(EBSD in SEM)尽管XRDXRD和中子衍射在微观区域和中子衍射在微观区域结构成像上也有类似电子衍射的进展，但实际应用中在以下结构成像上也有类似电子衍射的进展，但实际应用中在以下几个方面上远远不能和电子衍射技术比拟：几个方面上远远不能和电子衍射技术比拟： i)微观结构细节，如应变分布、取向分布、成分分布、如应变分布、取向分布、成分分布、界面结构等等界面结构等等 ii)原子柱成像的高分辨显微技术(HRTEM)(HRTEM) 3 3、电子衍射是微区结构测量的优势技术电子衍射是微区结构测量的优势技术材料结构的实验研究图3 空心碳球图4 碳纳米管材料结构的实验研究电子衍射之EBSP(Electron Back-scattered Pattern) or EBSD (Electron Back-scattered Diffraction)1））EBSD 要求要求电子束打在一个子束打在一个倾斜的晶体斜的晶体样品上，背散射的品上，背散射的电子在出射子在出射样品品时产生菊池衍射，衍射花生菊池衍射，衍射花样用用CCD相机相机摄取。

取2）衍射花）衍射花样可用来可用来测量晶体取向（量晶体取向（ crystal orientation）、晶）、晶界取向差（界取向差（ grain boundary misorientations）、）、鉴别物相、物相、 以及局部晶体完整性的信息以及局部晶体完整性的信息 3）当）当电子束在多晶子束在多晶样品上做品上做栅状状扫描描时，可，可测得的每一点晶得的每一点晶体取向，体取向，这种取向种取向图（（ map ）将揭示晶粒的形）将揭示晶粒的形态（（ morphology ）、方向和晶界取向）、方向和晶界取向图也可直也可直观显现出出样品品中的中的择优取向或取向或织构（如果存在）构（如果存在）材料结构的实验研究用用EBSDEBSD测得的晶界资料测得的晶界资料 取向差角分布柱状图取向差角分布柱状图（只显（只显示了取向差大于示了取向差大于3.5°3.5°的晶界）的晶界）材料结构的实验研究Mapping显示晶粒大小和位置，一个晶粒内所有毗邻像素点间的取向差都小于 3°晶粒尺寸分布柱状图材料结构的实验研究1 1、、XRD简易高效，晶胞参数能定准，但得到的是宏观平均信息，，但得到的是宏观平均信息，而且细节结构尤其是轻原子不能准确确定；而且细节结构尤其是轻原子不能准确确定；2 2、、中子衍射在确定轻原子、同位素和磁性原子的细节信息上功能最强，但晶胞参数最不靠谱，而且使用不便，因为全世界，但晶胞参数最不靠谱，而且使用不便，因为全世界能做中子衍射的单位屈指可数；能做中子衍射的单位屈指可数；3 3、、电子衍射总能在微区细节上显神通，但晶胞参数等定量结果，但晶胞参数等定量结果不能作为标准，而且电子衍射的制样困难，好的制样技术甚不能作为标准，而且电子衍射的制样困难，好的制样技术甚至比电镜操作本身更难以掌握。

至比电镜操作本身更难以掌握 材料结构的实验研究•所以引入形貌技术所以引入形貌技术: FIM, STM, AFM: FIM, STM, AFMu利用衍射技术，可以分析材料的结构，但利用衍射技术，可以分析材料的结构，但不能观测到单独的空位或间隙原子不能观测到单独的空位或间隙原子材料结构的实验研究•场离子离子显微微镜FIM (Field Ion Microscope） 由由E. W. MullerE. W. Muller在在2020世纪世纪5050年代开创了场离子显微分年代开创了场离子显微分析 这是一种原子直接成像的方法，它能清晰地显示样品这是一种原子直接成像的方法，它能清晰地显示样品表层的原子排列和缺陷，并在此基础上进一步发展利用原表层的原子排列和缺陷，并在此基础上进一步发展利用原子探针鉴定其中单个原子的元素类别子探针鉴定其中单个原子的元素类别 FIM FIM 是最早达到原子分辨率，也就是最早能看得到原是最早达到原子分辨率，也就是最早能看得到原子尺度的显微镜子尺度的显微镜材料结构的实验研究图图 场离子显微镜示意图场离子显微镜示意图 被被检检测测样样品品为为阳阳极极（（一一般般为为单单晶晶细细丝丝，，顶顶端端曲曲率率半半径径约约为为20~200nm20~200nm的的针针尖尖）），，荧荧光光屏屏为为阴阴极极。

在在真真空空室室内内充充低低压压氦氦气气，，在在针针尖尖与与荧荧光光屏屏之之间间加加高高压（压（10~4010~40））kVkV高压 在在针针尖尖附附近近电电离离的的氦氦将将在在电电场场的的加加速速下下，，撞撞向向荧荧光光屏屏由由于于针针尖尖表表面面的的原原子子的的位位置置与与电电离离场场有有关关，，所所以以荧荧光光屏屏上上的的图图像像就就直直接接反反映映了了针针尖尖表表面面原原子子的的排列与缺陷的分布排列与缺陷的分布材料结构的实验研究荧荧光光屏屏上上即即可可显显示示尖尖端端表层原子的清晰图像表层原子的清晰图像如如图图所所示示，，其其中中每每一一亮亮点都是单个原子的像点都是单个原子的像图图 钨单晶尖端的场离子显微镜图像钨单晶尖端的场离子显微镜图像材料结构的实验研究 成像原理材料结构的实验研究尽管样品的尖端表面呈半球形，可是由于原子的不可分性使得这一表面实尽管样品的尖端表面呈半球形，可是由于原子的不可分性使得这一表面实质上是由许多原子平面的台阶所组成，处于台阶边缘的原子总是突出于平质上是由许多原子平面的台阶所组成，处于台阶边缘的原子总是突出于平均的半球形表面而具有更小的曲率半径，在其附近的场强亦更高。

均的半球形表面而具有更小的曲率半径，在其附近的场强亦更高 材料结构的实验研究材料结构的实验研究 显然，在突出原子的高场区域内极化原子最易发生显然，在突出原子的高场区域内极化原子最易发生电离，由这一区域径向地投射到观察屏的电离，由这一区域径向地投射到观察屏的““铅笔锥管铅笔锥管””内，其中集中着大量射出的气体离子，因此图像中出现内，其中集中着大量射出的气体离子，因此图像中出现的每一个亮点对应着样品尖端表面的一个突出原子的每一个亮点对应着样品尖端表面的一个突出原子W的FIM像－[011]极材料结构的实验研究 场离子显微镜图像中每一亮点，实际上是样品尖端表场离子显微镜图像中每一亮点，实际上是样品尖端表面一个突出原子的像面一个突出原子的像 整个图像由大量环绕若干中心的圆形亮点环所构成，整个图像由大量环绕若干中心的圆形亮点环所构成，其形成的机理可由下图得到解释其形成的机理可由下图得到解释 设想某一立方晶体单晶样品细丝的长轴方向为设想某一立方晶体单晶样品细丝的长轴方向为[011][011]，，则以则以[011][011]为法线方向的原子平面，即（为法线方向的原子平面，即（011011）晶面与半球）晶面与半球形表面的交线为一系列同心圆环，它们同时也就是表面台形表面的交线为一系列同心圆环，它们同时也就是表面台阶的边缘线。

阶的边缘线图像的解释图像的解释材料结构的实验研究图立方单晶体场离子显微镜图像中亮点环的形成及图立方单晶体场离子显微镜图像中亮点环的形成及 其极点的解释其极点的解释材料结构的实验研究 图像中同一圆环上的亮点，正是同一台阶边缘位置上图像中同一圆环上的亮点，正是同一台阶边缘位置上突出原子的像，而同心亮点环的中心则为该原子平面法线突出原子的像，而同心亮点环的中心则为该原子平面法线的径向投影极点，所以可以用它的晶面指数表示的径向投影极点，所以可以用它的晶面指数表示 图中也画出了另外两个低指数晶向及其相应的晶面台图中也画出了另外两个低指数晶向及其相应的晶面台阶不难看到，平整的观察荧光屏上所显示的同心亮点环阶不难看到，平整的观察荧光屏上所显示的同心亮点环中心的位置，就是许多不同指数的晶向投影极点与晶体中心的位置，就是许多不同指数的晶向投影极点与晶体学中的学中的 “ “极射赤面投影图极射赤面投影图” ” 完全一致的完全一致的材料结构的实验研究材料结构的实验研究1 1）针尖截面积太小，可观察范围尺寸小2 2）被观察试样具有良好的导电性，否则无法加电压uFIMFIM之不足：之不足：材料结构的实验研究u基本原理：基于量子的隧道效应基本原理：基于量子的隧道效应a)a)将原子线度的极细针尖和被研究物质的表面作为两个电极；将原子线度的极细针尖和被研究物质的表面作为两个电极；b)b)利利用用压压电电陶陶瓷瓷材材料料控控制制探探针针在在样样品品表表面面扫扫描描；；当当样样品品与与针针尖尖的的距距离离非非常常接接近近时时（（通通常常小小于于1nm1nm）），，在在外外加加电电场场的的作作用用下下，，电子会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一电极；电子会穿过两个电极之间的绝缘层流向另一电极；c)c)隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感，如果距离隧道电流强度对针尖与样品表面之间距非常敏感，如果距离减小减小0.1nm0.1nm，，I I将增加一个数量级。

将增加一个数量级d)d)记录隧道电流的变化并把信号输入计算机进行处理；在荧光记录隧道电流的变化并把信号输入计算机进行处理；在荧光屏或记录仪上获得样品表面高分辨率信息；屏或记录仪上获得样品表面高分辨率信息；扫描隧道显微镜工作原理材料结构的实验研究材料结构的实验研究u具具有有原原子子级级空空间间分分辨辨率率：：平平行行和和垂垂直直于于表表面面方方向向的的分分辨辨率率分分别别可可达达0.1nm0.1nm和和0.01nm0.01nm，即可以分辨出单个原子；，即可以分辨出单个原子； u可可实实时时地地得得到到在在实实空空间间中中表表面面的的三三维维图图像像：：可可以以得得到到单单原原子子层层表表面面的的局局部部结结构构，，而而不不是是体体相相的的平平均均性性质质；；因因而而可可用用于于具具有有周周期期性性或或不不具具备备周周期期性性的的表表面面结结构构；；可可以以直直接接观观测测局局部部的的表表面面缺缺陷陷、、表表面面重重构构、、表表面面吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等吸附体的形态和位置，以及由吸附体引起的表面重构等 u可可在在真真空空、、大大气气、、溶溶液液以以及及低低温温、、常常温温、、高高温温等等环环境境中中工工作作：：非非常常有有利于对表面反应、扩散等动态过程的研究；利于对表面反应、扩散等动态过程的研究；扫描隧道显微技术特点材料结构的实验研究不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤：非常不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤：非常适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价；价；配合扫描隧道谱（配合扫描隧道谱（STSSTS）可得到表面电子结构信息：如表）可得到表面电子结构信息：如表面价电子轨道状态、表面电子陷阱、电荷密度波、表面势面价电子轨道状态、表面电子陷阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等；垒的变化和能隙结构等；材料结构的实验研究u金属、导体、半导体等金属、导体、半导体等u表面、亚表面原子结构及形貌信息分析；表面、亚表面原子结构及形貌信息分析；u原子、分子操纵；原子、分子操纵；u纳米结构加工；纳米结构加工；u纳米物质单元性能测定；纳米物质单元性能测定；扫描隧道显微镜主要应用领域材料结构的实验研究中国科学院化学研究所的科技人员利用自制的扫描隧道显微镜，在中国科学院化学研究所的科技人员利用自制的扫描隧道显微镜，在石墨表面上刻蚀出来的图象。

图形的线宽实际上只有石墨表面上刻蚀出来的图象图形的线宽实际上只有10nm10nm材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究在大气里，样品表面易存在物理吸附和化学吸附，在大气里，样品表面易存在物理吸附和化学吸附，STMSTM很很难得到稳定的真实的样品表面结构图像，只能对包括高定难得到稳定的真实的样品表面结构图像，只能对包括高定向热解石墨向热解石墨(HOPG)(HOPG)等少数几种样品成原子像等少数几种样品成原子像在在STMSTM的恒流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间的的恒流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差STMSTM所观察的样品必须具有一定程度的导电性所观察的样品必须具有一定程度的导电性 宾尼等人宾尼等人19861986年研制作成功的原子力显微镜年研制作成功的原子力显微镜(Atomic Force icroscope(Atomic Force icroscope，，AFM)AFM)弥补了弥补了STMSTM这方面的不足后来又陆续发展了一系列的扫描探针这方面的不足。

后来又陆续发展了一系列的扫描探针显微镜显微镜(Scanning Probe Microscope(Scanning Probe Microscope，，SPM)SPM)，如磁力显微镜，如磁力显微镜(MFM)(MFM)、静、静电力显微镜电力显微镜(EFM)(EFM)、扫描热显微镜、光子扫描隧道显微镜、扫描热显微镜、光子扫描隧道显微镜(PSTM)(PSTM)等材料结构的实验研究STMSTM的原理是电子的的原理是电子的““隧道效应隧道效应””，所以只能测导体和部，所以只能测导体和部分半导体分半导体19851985年，年，IBMIBM公司的公司的BinningBinning和和StanfordStanford大学的大学的QuateQuate研发研发出了原子力显微镜（出了原子力显微镜（AFMAFM），弥补了），弥补了STMSTM的不足的不足原子力显微镜原子力显微镜原子力显微镜原子力显微镜 AFM (Atomic Force Microscopy) AFM (Atomic Force Microscopy) AFM (Atomic Force Microscopy) AFM (Atomic Force Microscopy)材料结构的实验研究ExpulsiveforceatomatomAttractive forceatomatom成像原理成像原理成像原理成像原理材料结构的实验研究恒定力量与恒定高度恒定力量与恒定高度恒定力量与恒定高度恒定力量与恒定高度材料结构的实验研究X YZMover垂直信号的变化即垂直信号的变化即样本的表面变化样本的表面变化Cantilever 摆动摆动的方向的方向X YZMoverCantilever 摆动摆动的方向的方向水平信水平信号号的的变变化化即即样样本的本的材质变化材质变化表面形貌和材料如何测量表面形貌和材料如何测量表面形貌和材料如何测量表面形貌和材料如何测量材料结构的实验研究1. 接触模式（（Contact Mode）：作用力在斥力范）：作用力在斥力范围，力的量，力的量级为10-9∼ ∼10-8N，或，或1∼ ∼10eV/Å。

可达到原子可达到原子级分辨率2. 非接触模式（（Non-Contact Mode）：作用力在引力范）：作用力在引力范围，，包括范德包括范德华力、静力、静电力或磁力等力或磁力等3. 轻敲模式（（Tapping Mode））4. Interleave模式（模式（Interleave Normal Mode/Lift Mode））5. 力力调制模式（制模式（Force Modulation Mode））6. 力曲力曲线模式（模式（Force Curve Mode））AFMAFMAFMAFM有多种工作模式：有多种工作模式：有多种工作模式：有多种工作模式：材料结构的实验研究•接触式接触式AFMAFM是一个排斥性的模式，探针尖端和样品做柔软是一个排斥性的模式，探针尖端和样品做柔软性的性的““实际接触实际接触””，当针尖轻轻扫过样品表面时，接触的，当针尖轻轻扫过样品表面时，接触的力量引起悬臂弯曲，进而得到样品的表面图形力量引起悬臂弯曲，进而得到样品的表面图形•由于是接触式扫描，在接触样品时可能会是样品表面弯曲由于是接触式扫描，在接触样品时可能会是样品表面弯曲•经过多次扫描后，针尖或者样品有钝化现象。

经过多次扫描后，针尖或者样品有钝化现象通常情况下，接触模式都可以产生稳定的、分辨率高的图像通常情况下，接触模式都可以产生稳定的、分辨率高的图像但是这种模式不适用于研究生物大分子、低弹性模量样品以但是这种模式不适用于研究生物大分子、低弹性模量样品以及容易移动和变形的样品及容易移动和变形的样品特点：特点：材料结构的实验研究材料结构的实验研究•在非接触模式中，针尖在样品表面的上方振动，始终不与在非接触模式中，针尖在样品表面的上方振动，始终不与样品接触，探测器检测的是范德华作用力和静电力等对成样品接触，探测器检测的是范德华作用力和静电力等对成像样品没有破坏的长程作用力像样品没有破坏的长程作用力•需要使用较坚硬的悬臂（防止与样品接触）需要使用较坚硬的悬臂（防止与样品接触）•所得到的信号更小，需要更灵敏的装置，这种模式虽然增所得到的信号更小，需要更灵敏的装置，这种模式虽然增加了显微镜的灵敏度，但当针尖和样品之间的距离较长时，加了显微镜的灵敏度，但当针尖和样品之间的距离较长时，分辨率要比接触模式和轻敲模式都低分辨率要比接触模式和轻敲模式都低u由于为非接触状态，对于研究柔软或有弹性的样品较佳，由于为非接触状态，对于研究柔软或有弹性的样品较佳，而且针尖或者样品表面不会有钝化效应，不过会有误判现而且针尖或者样品表面不会有钝化效应，不过会有误判现象。

这种模式的操作相对较难，通常不适用于在液体中成象这种模式的操作相对较难，通常不适用于在液体中成像，在生物中的应用也很少像，在生物中的应用也很少特点：特点：材料结构的实验研究材料结构的实验研究•微悬臂在其共振频率附近做受迫振动，振荡的针尖轻轻的微悬臂在其共振频率附近做受迫振动，振荡的针尖轻轻的敲击表面，间断地和样品接触当针尖与样品不接触时，敲击表面，间断地和样品接触当针尖与样品不接触时，微悬臂以最大振幅自由振荡当针尖与样品表面接触时，微悬臂以最大振幅自由振荡当针尖与样品表面接触时，尽管压电陶瓷片以同样的能量激发微悬臂振荡，但是空间尽管压电陶瓷片以同样的能量激发微悬臂振荡，但是空间阻碍作用使得微悬臂的振幅减小反馈系统控制微悬臂的阻碍作用使得微悬臂的振幅减小反馈系统控制微悬臂的振幅恒定，针尖就跟随表面的起伏上下移动获得形貌信息振幅恒定，针尖就跟随表面的起伏上下移动获得形貌信息•类似非接触式类似非接触式AFMAFM，比非接触式更靠近样品表面损害样，比非接触式更靠近样品表面损害样品的可能性比接触式少（不用侧面力，摩擦或者拖拽）品的可能性比接触式少（不用侧面力，摩擦或者拖拽）材料结构的实验研究•轻敲模式的分辨率和接触模式一敲模式的分辨率和接触模式一样好，而且由于接触好，而且由于接触时间非常短非常短暂，，针尖与尖与样品的相互作用力很小，通常品的相互作用力很小，通常为1皮牛皮牛顿（（pN）～）～1纳牛牛顿（（nN），剪切力引起的分辨率的降低），剪切力引起的分辨率的降低和和对样品的破坏几乎消失，所以适用于品的破坏几乎消失，所以适用于对生物大分子、聚生物大分子、聚合物等合物等软样品品进行成像研究。

行成像研究1 1）对于一些与基底结合不牢固的样品，轻敲模式与接触模式相）对于一些与基底结合不牢固的样品，轻敲模式与接触模式相比，很大程度地降低了针尖对表面结构的比，很大程度地降低了针尖对表面结构的““搬运效应搬运效应””2 2）样品表面起伏较大的大型扫描比非接触式的更有效样品表面起伏较大的大型扫描比非接触式的更有效特点：特点：材料结构的实验研究 返回材料结构的实验研究AFM可以在大气、真空、低温和高温、不同气氛以及溶液等可以在大气、真空、低温和高温、不同气氛以及溶液等各种各种环境下工作，且不受境下工作，且不受样品品导电性性质的限制，因此已的限制，因此已获得得比比STM更更为广泛的广泛的应用主要用途：用主要用途：1. 导体、半体、半导体和体和绝缘体表面的高分辨成像体表面的高分辨成像2. 生物生物样品、有机膜的高分辨成像品、有机膜的高分辨成像3. 表面化学反表面化学反应研究研究4. 纳米加工与操米加工与操纵5. 超高密度信息存超高密度信息存储6. 分子分子间力和表面力研究力和表面力研究7 摩擦学及各种力学研究摩擦学及各种力学研究8 在检测和和质量控制量控制材料结构的实验研究•受样品因素限制较大（不可避免）受样品因素限制较大（不可避免）•针尖易磨钝或受污染（磨损无法修复；污染清洗困难）针尖易磨钝或受污染（磨损无法修复；污染清洗困难）•针尖针尖——样品间作用力较小样品间作用力较小•近场测量干扰问题近场测量干扰问题•扫描速率低扫描速率低•针尖的放大效应针尖的放大效应材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究材料结构的实验研究。