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薄膜和涂层的AFM

薄膜的原子力显微镜图像

薄膜和涂层在从食品容器到光伏发电的方方面面都发挥着至关重要的作用。为了满足这些不同的需求,它们由各种材料和多种工艺制成,包括沉积、自组装和溶胶凝胶技术。原子力显微镜是表征薄膜和涂层的强大工具,提供了对性能至关重要的有价值的信息。AFM以无与伦比的空间分辨率量化3D粗糙度和纹理,并测量纳米级功能,包括电、磁和机械性能。这些薄膜的固有尺寸(厚度、晶粒和畴尺寸等)使得在亚纳米到微米分辨率下表征它们非常重要。此外,在这些长度尺度上同时测量功能特性的能力已成为针对目标应用的薄膜工程的一个关键方面。bob综合app官网登录AFM在薄膜生长过程的开发、优化和监测以及合理化设计途径以实现所需的功能特性方面提供了关键信息。

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计量

  • 表面粗糙度
  • 均匀性,多分散性
  • 形态
  • 粒子分析
  • 膜厚度

机械性能

  • 刚度,杨氏模量(力曲线,快速力映射,AM-FM,接触共振)
  • 弹性模量,损耗模量,粘弹性损耗切线(AM-FM,接触共振,损耗切线成像)
  • 能量耗散(AM-FM,接触共振,损耗切线成像,BE)

摩擦学性能

  • 摩擦(lem)
  • 附着力(力曲线,快速力映射)
  • 穿(lem)

电气性能

  • 电导率和介电常数(sMIM, CAFM)
  • 表面电位(KPFM)
  • 储存电荷(EFM)
  • I-V剖面(CAFM,力映射)
  • 介电击穿(nanoTDDB)

压电性能

  • 机电响应(PFM)
  • 畴极性(PFM)
  • Piezo-hysteresis (PFM)

磁性

  • 磁力梯度(MFM)
  • 磁滞(MFM, VFM)
  • 磁电耦合(MFM, PFM, VFM)

热性能

  • 热导率(SThM)
  • 热机械响应(SThM)
  • 相变(SThM)

共同使用

  • 电池和能量存储
  • 生物相容性
  • 防腐防污
  • 数据存储
  • 铁电体和压电
  • 光学
  • 太阳能光电板
  • 半导体和微电子工业
  • 传感器和执行器,包括MEMS(微机电系统)
  • 组织工程和干细胞研究
  • 摩擦学

典型的薄膜沉积过程

  • ALD(原子层沉积)
  • CVD(化学气相沉积)
  • 分子束外延
  • 脉冲激光沉积
  • PVD(物理气相沉积)
  • 自组装
  • 溅射
  • 自旋铸
  • 热蒸发

“NiO薄膜电阻开关过程中离子和电化学现象的探测,”吕伟,肖杰,L.-M。王绍生及曾志强,ACS达成。板牙。接口10, 8092(2018)。https://doi.org/10.1021/acsami.7b16188

“铁电畴的取向和三碘化铅甲基钙钛矿从四方相加热到立方相的消失,”S. M. Vorpahl, R. Giridharagopal, G. E. Eperon, I. M. Hermes, S. A. L. Weber,和D. S. Ginger,ACS达成。能源板牙。1, 1534(2018)。https://doi.org/10.1021/acsaem.7b00330https://doi.org/10.1021/acsaem.7b00330

“高度紧凑的CsPbBr3.氧化锌纳米颗粒修饰钙钛矿薄膜的增强随机激光,李春春,臧志,韩春春,胡正哲,唐晓霞,杜军,冷云,孙凯,纳米能量40, 195(2017)。https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.08.013

“基于仿生层次结构的柔性高灵敏度压力传感器,”Jian M., Xia K., Wang Q., Yin Z., Wang H., Wang C., Xie H., Zhang M., Zhang Y.,放置功能。板牙。27, 1606066(2017)。https://doi.org/10.1002/adfm.201606066

铁电BiFeO的畴壁传导3.T. Rojac, A. Bencan, G. Drazic, N. Sakamoto, H. Ursic, B. Jancar, G. Tavcar, M. Makarovic, J. Walker, B. Malic和D. Damjanovic,Nat。板牙。16, 322(2017)。https://doi.org/10.1038/nmat4799

S. Anandhakumar, P. Gokul和A. M. Raichur,“刺激响应性弱聚电解质多层膜:自触发多药物传递的薄膜平台”,板牙。科学。Eng。C58, 622(2016)。https://doi.org/10.1016/j.msec.2015.08.039

BiFeO的多铁性和磁电性3./ Bi4“透明国际”3.O12“双层复合薄膜,”陈杰,唐哲,白杨,赵s,J.合金公司。675, 257(2016)。https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.03.119

“多晶有机无机卤化物钙钛矿膜中晶界主导的离子迁移,”邵勇,方勇,李涛,王强,董强,邓勇,袁勇,魏宏,王明,A. Gruverman, J. Shield,黄杰,能源环境。科学。9(2016)。https://doi.org/10.1039/c6ee00413j

“在咪唑基离子液体电解质中锌电沉积表面粗糙度演化的原位AFM研究,”J. S. Keist, C. A. Orme, P. K. Wright和J. W. Evans,Electrochim。学报152, 161(2015)。https://doi.org/10.1016/j.electacta.2014.11.091

“有机半导体薄膜生长中的分子定向诱导快速粗糙化和形态转变,”J. Yang, S. Yim,和T. S. Jones,科学。代表。5, 9441(2015)。https://doi.org/10.1038/srep09441

“用扫描开氏探针显微镜定量ZnO薄膜中的载流子浓度,”C. Maragliano, S. Lilliu, M. S. Dahlem, M. Chiesa, T. Souier,和M. Stefancich,科学。代表。4, 4203(2014)。https://doi.org/10.1038/srep04203

T. Mehmood, A. Kaynak, X. J. Dai, A. Kouzani, K. Magniez, D. R. de Celis, C. J. Hurren,和J. du Plessis,“氧等离子体预处理涤纶织物提高聚吡咯粘附性的研究”,板牙。化学。理论物理。143, 668(2014)。https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.09.052

“分层聚合物移植物:分层‘刷’和‘凝胶’结构的合成和表征,”A. Li, S. N. Ramakrishna, P. C. Nalam, E. M. Benetti和N. D. Spencer,放置板牙。接口11300007(2014)。https://doi.org/10.1002/admi.201300007

李伟,K. H. Hendriks, W. S. C. Roelofs, Y. Kim, M. M. Wienk和R. A. J. Janssen放置板牙。25, 3182(2013)。https://doi.org/10.1002/adma.201300017

G. Caruntu, A. Yourdkhani, M. Vopsaroiu, and G. Srinivasan,“用磁场辅助压电响应力显微镜探测多铁纳米复合材料中局部应变介导的磁电耦合”,纳米级4, 3218(2012)。https://doi.org/10.1039/c2nr00064d

“高度应变BiFeO的温度和厚度演变以及外延击穿3.A. R. Damodaran, S. Lee, J. Karthik, S. MacLaren和L. W. Martin,理论物理。启B85, 024113(2012)。https://doi.org/10.1103/physrevb.85.024113

“V2O5刘玉玉,刘德东,刘俊杰,曹国强,曹国强,曹国强,刘玉玉,刘德东,高能量密度纳米电极在薄膜锂离子电池中的应用,能量脱线。1, 194 (2011)https://doi.org/10.1002/aenm.201000037

“利用开尔文探针力和导电扫描力显微镜研究有机太阳能电池材料的光诱导降解,”E. Sengupta, A. L. Domanski, S. A. L. Weber, M. B. Untch, H.-J。巴特,T.绍尔曼,H. J. Egelhaaf和R. Berger,期刊。化学。C115, 19994(2011)。https://doi.org/10.1021/jp2048713

“I型胶原原纤维薄膜的纳米力学性能”,K.-H。钟,K.巴德里拉朱,T. A.斯普林,R. F.库克,A. L.普兰特,朗缪尔26, 3629(2010)。https://doi.org/10.1021/la903073v

“通过溶剂添加剂减少相分离来提高聚合物体异质结太阳能电池的性能,”C. V. Hoven, x . d。Dang, R. C. Coffin, J. Peet, t.q。阮,g·c·巴赞,放置板牙。22, e63(2010)。https://doi.org/10.1002/adma.200903677

《自组装聚苯乙烯-嵌段-聚(环氧乙烷)共聚物表面涂层:抗蛋白质和细胞粘附》,P. A. George, B. C. Donose,和J. J.库珀-怀特,生物材料30., 2449(2009)。https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2009.01.012

A. B. South, R. E. Whitmire, A. J. Garcia和L. A. Lyon,“用于快速组装无污染薄膜的微凝胶离心沉积”,ACS达成。板牙。接口1, 2747(2009)。https://doi.org/10.1021/am9005435

“用力-距离曲线测量聚合物薄膜的纳米力学性能”,B. Cappella和D. Silbernagl,固体薄膜516, 1952(2008)。https://doi.org/10.1016/j.tsf.2007.09.042

H. Lee, B. P. Lee和P. B. Messersmith,“一种灵感来自贻贝和壁虎的可逆干湿粘合剂,”自然448, 338(2007)。https://doi.org/10.1038/nature05968

“用于微机电系统(MEMS)的金刚石和硬碳膜——纳米摩擦学研究”,i.s. Forbes和j.i.w ilun,固体薄膜420, 508(2002)。https://doi.org/10.1016/s0040 - 6090 (02) 00854 - 4