AFM 与 STM - 为您的应用选择显微镜技术
发布时间：2025-10-27 15:32:17 阅读数： 82
AFM 和 STM 都是表面显微镜技术，可用于确定表面的拓扑结构。它们在学术界和工业界的化学和纳米科学领域都得到了广泛的应用。在本文中，我们将探讨这两种技术，并展示每种技术的适用场景。
什么是AFM？
原子力显微镜（AFM）是一种通过物理接触样品来测量表面特征的技术。其最基本的原理是测量探针和表面之间的力。
AFM 仪器的关键部件在于其悬臂梁，即探针。悬臂梁会物理地敲击基底表面，并且可以使用多种模式和探针来实现。探针种类繁多，从用于硬表面的尖头探针到用于较软物质的胶体探针。
当探针接近材料表面时，表面与探针之间的分子间引力会使悬臂向表面移动并“敲击”表面。原子力显微镜 (AFM) 内部使用激光束来检测悬臂的任何移动。
当悬臂移向表面时，激光束会发生偏转，激光照射到位置敏感光电二极管 (PSPD) 上，记录位置变化。原子力显微镜 (AFM) 仪器利用反馈回路系统，在测量悬臂的垂直和横向偏转后，生成高分辨率的地形图。
虽然轻敲模式最为常见，但原子力显微镜 (AFM) 也拥有非接触式测量方法，即不接触材料表面。在这种模式下，探针尖端会在样品表面共振频率以上振动，但由于样品的长程相互作用力，这种振动很快就会失效。
什么是 STM？
扫描隧道显微镜 (STM) 与原子力显微镜 (AFM) 不同，它利用隧道电子和压电效应来生成表面图像。STM 使用导电（石英）探针扫描表面。当探针接近表面时，通过压电效应会产生电压差（也称为偏压）。该电压差使电子在探针和表面之间隧穿。然后利用反馈回路维持电流，从而结合探针位置、施加电压和局域态密度 (LDOS) 来生成表面图像。
STM 有两种模式：恒压模式和恒高模式。在恒高模式下，探针针尖保持恒定高度，施加电压的差异是确定表面原子位置（尤其是高度）的关键。在恒压模式下，电压偏置始终保持恒定。这意味着无论探针针尖高度如何，它与表面的距离始终保持不变。在这种模式下，探针针尖高度的变化对于确定表面形貌和原子的相对位置起着至关重要的作用。
AFM和STM的应用
AFM 广泛应用于各行各业。它拥有多种操作模式，并配备各种悬臂探针，使其成为一种灵活的显微镜仪器。AFM 不仅广泛应用于化学和纳米技术应用，还广泛应用于生物相关领域，例如生物材料、生物分子、细胞和组织。
AFM 仪器最常见的应用领域包括催化表面平面、储能、食品科学、石墨烯和其他二维材料、磁学和数据存储、纳米材料表征、压电和铁电体、聚合物、半导体、微电子、光伏和太阳能电池、薄膜和涂层。
尽管 STM 在化学、物理和纳米技术的各个领域都得到了广泛的应用，但它的应用范围仍然比较小众。一些应用包括测量材料中的摩擦力、表面粗糙度、材料缺陷和表面反应。它们在半导体和微电子行业也得到了广泛的应用。
