原子力显微镜对石英表面的分析

我国是一个人口大国，同时也是一个资源消耗强国。随着科学技术的进步，光电源、电子工业、光通讯、大规模和超大规模集成电路、激光、航天、军工等高科技产业迅猛发展，这些行业对高纯石英砂需求量越来越大。

最初国内外的高纯石英砂是由一、二级天然水晶加工而成，现在一、二级天然水晶资源在世界范围内的日趋枯竭，为了满足市场对高纯石英砂的需求，我们必须找到能够生产高纯石英砂的方法，因此探究杂质的赋存状态以对石英砂的提纯做指导成为我们必须要解决的问题。原子力显微镜是近年来迅速发展的一种研究手段，成为材料表面形貌进分析的一种有力观察和研究工具。原子力显微镜能够以更高的分辩率在接近原子尺度上研究材料表面或界面结构，获得直观反映样品纳米尺度表面结构及性质的信息。为了确定杂质的赋存状态，我们首选的方法是用原子力显微镜对石英的表面进行了分析，在看到石英表面结构和微观形貌后再和其他方法相结合去确定杂质赋存状态。本文主要研究的是用原子力显微镜对石英表面的分析。

通过检测探针与样品间的作用力可表征样品表面的微观形貌，这是AFM最基本的功能。我们所用的石英薄片样品是某脉石英矿经切割、抛光制备而成的，把抛光后的石英做成高为1mm，面积为1cm×1cm的样品。用丙酮、无水乙醇各超声波洗15min，再用去离子水反复清洗，然后烘干。由于石英片本身弹性模量比较大，硬度高，所以我们采用的工作模式为接触模式。

样品的观察尺寸为59nm×59nm，Z轴最高突起为11．79nm，该样品的颗粒分布大致比较均匀，清晰可辨，结构致密，大部分颗粒高度接近一致，没有大尺度的起伏，但也存在几个比较尖的突起的颗粒，还有两个发白的颗粒顶端看上去像被平整的切割了，说明这两个颗粒的高度超出了高度测量范围。突起晶粒的存在可能是因为石英矿本身的硬度比较高，抛光不均匀造成的。

结论

(1)由石英薄片的AFM二维、三维AFM图看到石英表面颗

粒分布均匀，结构致密，颗粒没有大尺度的起伏等表面结构。

(2)通过Imager后处理软件的具体分析，具体到颗粒高度、

直径、面积及表面粗糙度等，所有的数据都是纳米级的尺寸，于

是我们得到了石英表面纳米级的面粗糙度、直径、颗粒高度和面

积等微观相貌。

(3)利用石英的表面结构和纳米级的微观形貌为后续的确

定杂质赋存状态做准备。