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云母为什么这么平?达到了原子级别,还能作为 AFM 的基板?

2020-06-26科学

不是无机化学方向,不了解云母的具体结构,仅从AFM应用角度讲,为什么使用云母。

AFM最常用的成像方式,是通过探针与样品之间的相互作用,呈现样品的高度信息,具体原理不表。AFM在Z方向的分辨率在0.1nm水平,那么,就要求样品下的基底的粗糙度在0.1nm水平或更小。

AFM高度图测试时,常用的几种初级基底:(PS:匀胶/修饰/CVD都是邪道)

(1)云母

(2)硅片

(3)玻璃

(4)高温裂解石墨/蓝宝石

(5)金属

其中,金属的延展性比较好,基底容易存在一定曲率,对基底平整性影响很大。高温裂解石墨/蓝宝石,听起来就不便宜对吧。玻璃和硅片,存在表面难于清洗干净的情况。所以最后就剩下云母了。

AFM用云母一般有两种。

可以看出,二者都是片状的结构。浅棕色透明。

前一种圆形的云母,强度比较高,层与层之间结合比较紧,机械强度好。后一种基底,相对比较松散,层与层之间结合比较松,在做TEM漂碳膜的时候更经常用到。


云母贴在铁片上,效果如上图,看起来挺平的吧。从我的经验看来,在AFM扫描过程中,如果扫到了云母的层状边界,云母单层的高度落差会不多于1nm。

云母的一个很重要的优点,是易于清洁。用透明胶条粘一下,把云母表层撕走就好了,剩余的云母就是一个新鲜干净的表面。如下图所示,为了让大家看的清楚,我撕的比较厚,有点浪费。那个圆形的区域,用手摸起来,没有透明胶的粘性,自然说明有云母被粘下来了。

刚才用乙醇洗东西,手上有些脱水发白,见怪不怪啦~

诚然,云母也有自己的缺点,比如说云母本身存在一定厚度,又是透明的材料,做AFM时候,不容易确定样品的表面。又比如,云母本身导热性不是很好,在做原位加热的时候,就尽量不使用云母,同样测导电性用不了。再比如,大量高分子材料在云母基底上的浸润性比较差,难于制备均匀的膜,或分散性较好的样品。再再比如,云母相对于硅片和蓝宝石基底,比较软,做力曲线的时候,会有一些潜在的误差。

但是云母便宜,清洁方便和良好的重复性,还是让云母在AFM测试基底中占据了重要的地位,特别是对于AFM初级使用者。

来来来,跟我一起讲:「云母大法好呀~买买买买买~」