AFM成为高分子科学的重要研究手段之一

20世纪80年代，扫描探针显微技术发展突飞猛进，1982年，IBM公司苏黎世实验室的Binning和Rohrer和他们的同事利用原子间的隧道电流效应发明了一种新型表面分析仪器-扫描探针显微镜(STM)，它的出现为科学家提供了一种直接观察单原子、单分子的手段，从根本上改变了人类对微观世界的认识。STM在化学、物理、材料、生物科学等领域得到了广泛应用。但STM有其自身的局限性，它所测样品必须具有导电性，而高分子材料生物材料等很多是不导电的，因此STM的应用就受到很大的限制。在STM的基础上，Binning等成功研制了原子力显微镜(AtomicForceMicroscope，AFM)。其基本原理是：当探针接近样品表面时，由于原子间的相互作用力，使得装配探针的悬臂发生微弯曲，检测到微弯曲的情况，就知道表面与原子力之间的原子力大小。在探针沿表面扫描时，保持尖端与表面原子力恒定所需施加于压电材料两端的电压波形，就反映了表面形貌。
AFM具有操作容易，样品制备简单，操作环境不受限制，分辨率高等特点。AFM不仅能提供物质在纳米尺度、分子水平上的表面形貌，还能测定极微弱的力，从而可以研究分子间的弱相互作用。AFM克服了STM只能测导电物的不足，AFM对样品的导电性没有要求，且不像其他电镜如透射、扫描电镜样品需要导电膜覆盖。AFM现已广泛应用于物理、化学、材料、生物科学、电子学、机械加工工艺等领域的科研和生产。自1988年AFM开始在高分子科学方面应用后，AFM就成了高分子科学的一个重要研究手段，在高分子领域的应用越来越广泛，其研究发展非常迅速。本文就AFM在高分子研究中的应用进行了综述。

AFM因具有很高而独特的分辨率，能够获得高分子表面的精细结构，这也是AFM在高分子研究领域中最常用的功能。在这方面已得到了广泛的应用，对于高分子共混物或高分子嵌段高聚物等非均相样品，过去常采用力调制显微镜根据样品的软硬程度不同来区分各组分，近来由于AFM技术的发展，特别是敲击式AFM和相检测技术的发展，AFM在非均相高分子体系的研究越来越广泛，AFM不仅可以分辨出不同高分子组分，还可以通过对针尖一些特殊的修饰，可以特异性地研究高分子表面基团的分布。

Chow等在研究PA6/PP/Clay共混体系时，运用AFM仔细研究了增容剂PP-g-MA的作用，未加增容剂，PP和PA6的粘结很差，粘土主要分布在PA6相中，加入PP-g-MA后，PP相分散较均匀，界面粘结增强，粘土可能是分布在PA6和PP的接枝物上。Hilal等利用AFM来研究了PVDF和PES接枝聚电解质不同接枝率对表面形貌的影响，并据此比较了改性方法对孔径大小的影响。

Seung将苯环上取代基不同的二酚通过界面缩聚反应制备了一系列的复合反渗透膜，利用AFM非接触模式观察膜的表面形貌，研究了不同取代基二酚的化学性质及其所制备膜的表面特点与莫性能之间的关系。结果发现，当取代基为卤素时，膜的节点结构清晰，尺寸均匀。而取代基为甲基时，节点不规则，不清晰，节点尺寸小。AFM还可以在液相环境中操作，可以观察聚合物在溶液中的结构。Kim等用AFM观测了亲水性的PEO不同链长接枝PU/PS高分子互穿网络结构的表面组分图，结果显示在水溶液中，由于PEO的亲水性，PU相的面积分数增大但结构并未发生重组。运用AFM力-距离(force-distance)分析研究了PEO链长对PU/PSIPNs体系的影响。分析结果表明，随PEO链长的增大，探针针尖与样品的粘结力急剧增大，这是因为，侧链PEO增加，吸附的水层增厚。在研究中他们同时发现在水中柔软的可移动的PEO侧链增加了PU/PSIPNs的弹性和表面柔软性。