原子力显微镜运用于高分子物理实验教学

高分子物理是高分子材料与工程专业的一门专业基础课，其教学目标是以高分子的结构特点及与性能的关系为主线，在充分了解高分子结构的基础上，从分子运动的角度，讨论高分子结构与外界条件对聚合物宏观性能的影响，建立高分子材料结构与性能之间的关系。高分子物理理论与实验教学关系密切；高分子物理实验对测试仪器的技术与要求都很高，是高分子教学中必不可少的环节。高分子物理实验教学的目的主要有两方面，一方面是对课堂教学的巩固，另一方面在于提升学生的感性认识，拓展知识面，启发创新思维。通过运用所学到的基础理论和知识，学生可以在实验教学中巩固并且加深对高分子科学基本概念及理论的理解，熟练掌握基本操作技能，培养严谨的科学态度与作风，提高解决问题的能力。

近年来先进的显微技术包括光学显微镜、电子显微镜和扫描隧道显微镜¨等推动了人类科技和社会的进步。1986年，斯坦福大学的Quate、Gerber和IBM公司的Binning发明了原子力显微镜(atomicforcemicroscope，AFM)，这种原子级显微工具以扫描隧道显微镜为基础，通过对AFM微悬臂探针与样品表面原子之间的相互作用力如原子间斥力、范德华力、摩擦力等的测量，来观察样品表面的形貌结构，同时分析材料表面性质。近年来，原子力显微镜由于其制样简单、操作便捷、分辨率高等优点，已广泛应用于材料科学与生命科学等领域。

1988年AFM首次应用于高分子领域，随着时间的推进，其研究方法及应用范围飞速地发展，由一开始简单的表面形貌观测发展到对纳米尺寸级高分子结构及性能的分析，并不断开发出新功能。现如今，AFM已逐步渗透到高分子研究领域的各个层面。为激发学生对高分子物理实验课程的学习积极性，促进学生对高分子物理基础理论知识的深入理解，同时提高大型仪器的利用率，作者结合本校高分子材料与工程专业对高分子物理实验的具体设置，以聚合物的支化结构、聚氨酯的微相分离结构、聚合物的结晶熔融行为和流延法单向拉伸制备高密度聚乙烯微孔膜4个实验为例，分别从高分子的结构、性能、成型加工3个角度将原子力显微镜运用于高分子物理实验中进行演示教学，以更好地阐明聚合物结构与性能之问的内在关系，从而为高分子材料的合成、成型加工、性能检测以及材料应用提供理论和实验依据，同时使学生对所学到的高分子基本知识得以深入理解，提高分析问题和解决问题的能力。

原子力显微镜利用样品表面与探针之间的相互作用力来研究样品表面形貌，分辨率高，操作简单，是研究高分子表面微观结构的重要工具之一。将原子力显微镜运用于高分子物理实验教学中，一方面可以更高的聚合物阐明高分子材料结构与性能之间的关系，同时还可以使学生加深对所学理论知识的理解。通过一系列的实验操作，学生所学到的理论知识得到进一步巩固，动手操作能力、工程实践能力得到全面提升，在面对专业技术问题时能够独立思考，提出自己独特的见解，提高了分析问题和解决问题的能力。