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雲母為什麽這麽平?達到了原子級別,還能作為 AFM 的基板?

2020-06-26科學

不是無機化學方向,不了解雲母的具體結構,僅從AFM套用角度講,為什麽使用雲母。

AFM最常用的成像方式,是透過探針與樣品之間的相互作用,呈現樣品的高度資訊,具體原理不表。AFM在Z方向的分辨率在0.1nm水平,那麽,就要求樣品下的基底的粗糙度在0.1nm水平或更小。

AFM高度圖測試時,常用的幾種初級基底:(PS:勻膠/修飾/CVD都是邪道)

(1)雲母

(2)矽片

(3)玻璃

(4)高溫裂解石墨/藍寶石

(5)金屬

其中,金屬的延展性比較好,基底容易存在一定曲率,對基底平整性影響很大。高溫裂解石墨/藍寶石,聽起來就不便宜對吧。玻璃和矽片,存在表面難於清洗幹凈的情況。所以最後就剩下雲母了。

AFM用雲母一般有兩種。

可以看出,二者都是片狀的結構。淺棕色透明。

前一種圓形的雲母,強度比較高,層與層之間結合比較緊,機械強度好。後一種基底,相對比較松散,層與層之間結合比較松,在做TEM漂碳膜的時候更經常用到。


雲母貼在鐵片上,效果如上圖,看起來挺平的吧。從我的經驗看來,在AFM掃描過程中,如果掃到了雲母的層狀邊界,雲母單層的高度落差會不多於1nm。

雲母的一個很重要的優點,是易於清潔。用透明膠條粘一下,把雲母表層撕走就好了,剩余的雲母就是一個新鮮幹凈的表面。如下圖所示,為了讓大家看的清楚,我撕的比較厚,有點浪費。那個圓形的區域,用手摸起來,沒有透明膠的黏性,自然說明有雲母被粘下來了。

剛才用乙醇洗東西,手上有些脫水發白,見怪不怪啦~

誠然,雲母也有自己的缺點,比如說雲母本身存在一定厚度,又是透明的材料,做AFM時候,不容易確定樣品的表面。又比如,雲母本身導熱性不是很好,在做原位加熱的時候,就盡量不使用雲母,同樣測導電性用不了。再比如,大量高分子材料在雲母基底上的浸潤性比較差,難於制備均勻的膜,或分散性較好的樣品。再再比如,雲母相對於矽片和藍寶石基底,比較軟,做力曲線的時候,會有一些潛在的誤差。

但是雲母便宜,清潔方便和良好的重復性,還是讓雲母在AFM測試基底中占據了重要的地位,特別是對於AFM初級使用者。

來來來,跟我一起講:「雲母大法好呀~買買買買買~」