从 2D 到 3D、从形貌到物性！AFM/SEM/EDS三合一显微镜，让标准 TEM 样品直接实现 AFM 精准表征

发布日期：2026-05-25

前言

在纳米材料的研究中，透射电子显微镜（TEM）是揭示材料原子级结构和成分的核心表征手段。但其固有局限在于，仅能提供样品二维投影信息，对于依赖于三维形貌（如等离子体响应）或需要同步获取表面力学、电学等物理性质的自支撑材料来说，单一TEM表征难以满足全面分析需求。

原子力显微镜（AFM）可实现高分辨率3D表面形貌和物性测量，但在TEM载网薄膜等脆性、难固定样品测试中，常规AFM针尖难以精准定位，且操作不当还极易造成样品损伤。

如何实现多技术优势互补，完成同一微小区域从形貌到物性、从表面到内部的全方位表征？AFM/SEM/EDS三合一显微镜Fusionscope构建的多模态关联显微技术，为上述难题提供了创新解决方案。

本文基于近期发表的文章“Feasibility and strategies for direct atomic force microscopy on standard transmission electron microscopy specimens”（Micron 2026, 202, 103965），介绍两个典型的案例与关键表征技巧。

一、TEM载网膜上自支撑材料

2D&3D形貌表征：等离子体的性能与几何尺寸高度相关，精准表征样品的3D尺寸对等离子响应性能至关重要。但如何精准定位到纳米线上并进行准确的纳米线厚度的表征，需要Fusionscope的协助。如图1-2，Fusionscope+TEM两台设备关联分析，轻松实现了SEM&AFM&TEM的关联表征。

图1 SEM&AFM&TEM关联分析

图2 AFM 3D形貌和纳米线厚度表征

超越形貌：除形貌分析外，依托AFM高级功能模块，可同步开展力学、电学和磁学等多维度物性研究，实现结构与性能一体化分析。

二、FIB加工薄膜

FIB减薄加工的样品通常位于块状样品的末端，常规的AFM针尖难以定位到靠近块状样品端的位置（图3）。Quantum Design提供的悬臂末端FEBID探针，可有效解决定位难题，从而更全面和完整的表达样品的全貌。

图3 a) 针尖位于悬臂末端的FEBID探针，b) 标准针尖，c) 不同针尖在悬臂末端的相对位置

形貌&STEM&EDS表征

如图4，采用FusionScope和TEM对FIB加工后钴钨硬质合金的薄片进行了AFM&STEM&EDX的关联表征。三者协同表征显著提升了对样品特征的全面理解。

图4 AFM&STEM&EDX关联分析

三、AFM扫描小技巧

AFM模式选择和探针选型

AFM模式选择：由于TEM载网比较薄且脆，接触模式下针尖会持续接触样品，并且有横向力，会导致针尖损坏样品（图5a, c），且AFM并没有扫出样品的真实形貌（图5b）。轻敲模式下针尖间歇性的接触样品（图5d-i），对样品的损伤更小，采用轻敲模式能有效改善样品损坏的问题，并获得样品形貌（图5e, h）。

AFM探针选型：AFM探针所施加的力的大小与探针的弹性常数k（与悬臂的长宽厚有关）和灵敏度有关，一般来说，探针越长，探针的k值越大，力过大时容易损坏样品，对薄膜样品的振动也更强，容易出现振荡。图5d-i优化了AFM探针长度对测试结果的影响。

图5 AFM模式选择和探针选型扫速对薄膜样品扫描效果的影响

AFM扫描速度参数影响

扫描速度直接影响成像效果，扫速过快，可能会出现拖尾和波纹的假象。图6展示了不同扫速对扫描结构的影响，随着扫描速度的降低，样品的波纹假象逐渐减弱，成像准确性显著提升。

图6 AFM扫速参数对扫描效果的影响

小结与展望

本文以两种常见的TEM样品进行关联分析，展示了这两种样品无需进一步制样，即可用于AFM表征，从而更全面的表征样品。

未来，将该方法拓展至（宽）离子束制备的样品、超显微切片等更多样品类型，可进一步扩大AFM&SEM&EDS&TEM关联分析流程的适用范围，为先进材料多维度表征提供更完善的技术支撑。