原子力显微镜（AFM）是高校纳米表征能力的重要标志。2024-2025年，随着国内高校在二维材料、量子器件、生物医学等领域的研究深入，对AFM的需求从”能看到”转向”测得准”。
一、技术指标的实战意义
分辨率的真实需求
AFM的横向分辨率一般在1-5nm，纵向分辨率可达0.1nm以下。但实际使用中，这些指标的达成取决于多个因素：
| 因素 | 影响 | 典型值 | |——|——|——–| | 针尖半径 | 横向分辨率 | 5-20nm | | 样品表面粗糙度 | 成像质量 | 需小于扫描范围 | | 环境振动 | 噪声水平 | 需隔振平台 | | 扫描速度 | 图像变形 | 快扫易失真 |
北京航空航天大学的虚拟AFM实验平台获得国家级认定，浏览量超10万次，这说明高校对AFM教学和培训的需求很大——不是每个学生都能上机操作。
Park Systems的技术路线
Park NX7/NX10/FX40的定位差异明显：
- NX7：紧凑型，适合教学和基础研究
- NX10：研究级，原子级分辨率
- FX40：自动化，高通量检测
上海交大吴苡婷团队开发的高通量AFM测量系统，核心是将人工操作自动化，这对于大面积样品的统计性分析至关重要。
二、椭偏仪与AFM的协同
椭偏仪（EP4/SIMON/RSE）与AFM的结合使用可以互补：
- 椭偏仪：快速测量膜厚、光学常数
- AFM：验证表面粗糙度、微观形貌
Park Systems的成像椭偏仪产品线在高校中有一定保有量，但很多实验室没有充分挖掘两种技术联用的价值。
三、国产化的现实
技术差距
国产AFM与进口产品相比，主要差距在于：
- 探针：高端探针（超尖锐、功能化）仍依赖进口
- 控制器：低噪声放大、高速扫描的电路设计
- 软件：数据分析、图像处理算法
2025年的行业报告指出，国产AFM在性价比上有优势，但在高端应用（如液体环境AFM、高频AFM）上仍需努力。
高校采购考量
高校AFM采购决策的权衡点：
| 需求类型 | 推荐配置 | 预算区间 | |———-|———-|———-| | 教学/基础研究 | NX7级 | 30-50万 | | 材料科学研究 | NX10级 | 60-100万 | | 高通量检测 | FX40级 | 100万+ |
很多高校的困境是：教学型设备满足不了科研需求，研究型设备又超出预算。
四、技术演进方向
高速AFM
传统AFM一幅图像需要几分钟，高速AFM可以将时间缩短到秒级，这对于动态过程观测（如分子运动、相变过程）很重要。
多模态集成
单一成像模式的信息有限，未来趋势是：
- 力谱+成像
- 电学+力学同步测量
- 热-力-电多场耦合
自动化与AI
- 自动识别样品区域
- 自动参数优化
- AI辅助缺陷识别
南开大学武毅男团队在微纳操作机器人上的研究，本质上是AFM技术与机器人技术的结合，这代表了自动化表征的一个方向。
五、应用场景拓展
量子材料
拓扑绝缘体、二维材料的表征需求：
- 原子级分辨率的表面形貌
- 力学性能 mapping
- 电学性能关联
生物医学
单分子检测、细胞力学的需求：
- 液体环境成像
- 活细胞观测
- 分子间作用力测量
半导体器件
- 刻蚀后形貌验证
- CMP后粗糙度检测
- 应力分布 mapping
结语
AFM作为纳米表征的核心工具，其价值不仅在于设备本身，更在于使用者的专业能力。国内高校在AFM应用上的人才培养正在加强，但与设备采购投入相比，培训和持续技术支持的关注度仍有待提高。
国产AFM厂商的机会在于细分市场——针对特定应用场景（如教学、生物医学）做深度优化，而不是简单模仿通用型产品。
Park Systems等国际厂商的技术演进方向值得借鉴：从单一设备向解决方案转变，设备+软件+服务的综合能力才是竞争力所在。
