對極限微觀的不斷探索源于人們原始的求知欲。國際度量衡制度的確立為我們指引了探索的方向。從米到毫米，從毫米到微米，從微米到納米。當(dāng)物質(zhì)被我們不斷地“劈碎”。越來越多新性質(zhì)，新現(xiàn)象，新功能被發(fā)現(xiàn)。人們對自然的認(rèn)識越來越深刻，對物質(zhì)的操縱也越來越得心應(yīng)手。
從二十世紀(jì)末開始，人類對微觀的探索延伸到了納米領(lǐng)域。在這個從僅比原子高一個層級的尺度范圍內(nèi)，物質(zhì)展現(xiàn)了一種和宏觀截然不同的狀態(tài)和性質(zhì)。表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)帶來的是超高強(qiáng)度、超高導(dǎo)電性、超流動性、超高催化活性等等無與倫比的屬性。
碳納米管作為一種人工合成的納米材料，甫一問世，其超高強(qiáng)度就驚艷世人。它的質(zhì)量是相同體積鋼的六分之一，強(qiáng)度卻是鐵的10倍。
單壁碳納米管高度（直徑）測量
在碳納米管被研制出來以后，雙壁碳納米管、摻雜碳納米管、復(fù)合碳納米管等多種材料被源源不斷制作出來。極小的尺度和樣品多樣性，迫切需要一種合適的檢測工具。
在納米尺度下，光學(xué)顯微鏡的分辨率早已鞭長莫及，電子顯微鏡則因?yàn)閲?yán)格復(fù)雜的制樣過程使測試門檻令人高不可攀，激光粒度儀對長徑比過大的樣品測試誤差極大也不適合。這時(shí)，較合適的觀測工具就是原子力顯微鏡。
原子力顯微鏡作為專門的納米材料表征工具，天然具有高分辨率、高環(huán)境兼容性、多屬性分析種種優(yōu)勢。
原子力顯微鏡觀察的不同碳納米管形態(tài)
在生產(chǎn)中，因工藝不同，會產(chǎn)生長短粗細(xì)不同的碳纖維。如何有效對這些樣品進(jìn)行歸類分析是個大問題。
不同工藝下碳納米管分散狀態(tài)
借助島津原子力顯微鏡配備的顆粒分析軟件，則可以自動分析篩選，并對纖維的各種尺度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
極長和極短碳納米管的自動分類統(tǒng)計(jì)
同樣，對于常見到的納米材料——納米顆粒而言，也可以依靠該軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
納米顆粒的粒徑統(tǒng)計(jì)
而且，利用原子力顯微鏡，還可以有效觀察同樣粒徑下顆粒的不同形貌。例如以下兩個顆粒，粒徑均在100nm左右，如果用激光粒度儀測試，會被歸為一類。但是用原子力顯微觀察，則可以發(fā)現(xiàn)很大的不同。
粒徑近似的納米顆粒聚集形態(tài)
左側(cè)的顆粒是單個粒子，二右側(cè)的則是多個顆粒聚集形成的，在原子力顯微鏡的小范圍觀察圖像中可以清晰分辨二者的不同。
但是，通常的原子力顯微鏡很難兼顧大視野和高分辨。要想同時(shí)觀察統(tǒng)計(jì)大量顆粒，就需要用大范圍觀察，這樣一來每個顆粒的細(xì)節(jié)分辨就難以看清。如果聚焦到一個顆粒上細(xì)致觀察，則無法從整體上評估樣品。
解決的辦法就是提高原子力顯微鏡圖像的分辨率。島津推出了8192*8192點(diǎn)陣的高掃描能力。可以在大范圍觀察的同時(shí)又看清每一個小細(xì)節(jié)。
兼顧大視野和小細(xì)節(jié)的超大點(diǎn)陣掃描圖像
原子力顯微鏡作為人類眼睛的延伸，像一個精細(xì)的觸手，細(xì)致地捕獲納米材料的形貌、機(jī)械性能、電磁學(xué)性能等等屬性，使這個微乎其微的領(lǐng)域直觀地展現(xiàn)在我們眼前，為我們更深更廣地認(rèn)識納米材料提供了有力幫助。
文中相關(guān)儀器介紹詳見以下鏈接：
https://www.shimadzu.com.cn/an/surface/spm/index.html
