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富睿思国产原子力显微镜在二维材料领域的应用
时间：2026-08-13
序章：在人类肉眼无法触及的纳米尺度，科技与艺术碰撞出绝美的冰与火之歌，呈现出令人惊叹的几何秩序与艺术美感。
7月15日，在武汉举办的中国材料大会2026上，富睿思仪器应用及售后服务部经理刘曜纶博士发表了题为《富睿思国产原子力显微镜在二维材料领域的应用》的学术报告。
在报告中，他分享了使用富睿思自主研发的国产原子力显微镜（AFM）探寻二维材料微观世界时，捕捉到的饱含艺术气息的纳米图像。这些AFM扫描图像，不仅是对纳米材料客观而精准地表征，更是技术专家眼里的诗意世界。
▲刘曜纶博士在“中国材料大会2026”作学术报告
下面就让我们跟随刘曜纶博士专业的视角和细腻的笔触，一同走进这片用AFM探针描绘出的“微观艺术画廊”。
第一篇章：纳米艺术长廊——二维材料的微观世界
01 装在口袋里的星星：二硫化钼（MoS₂）
图1 装在口袋里的星星：二硫化钼（MoS₂）
微观诗意：在黄蓝交织的微观夜空中，尚未成膜的三角形MoS₂分子岛如同璀璨的星辰，点缀在Al₂O₃基底之上；而渐趋完整的薄膜则似夜空中的银河，谱写着材料生长的诗篇。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：20 μm × 20 μm
AFM模式：轻敲模式（Tapping Mode）
图像解析：图1展示的是MoS₂的形貌图像，衬底是Al₂O₃。图中清晰可见已经形成薄膜的MoS₂和尚未成膜的MoS₂分子岛。MoS₂分子岛呈现典型的三角形形态，厚度约3-5 nm，MoS₂薄膜厚度约13-15 nm。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
02 冰原中的火炬：六方氮化硼（h-BN）
图2 冰原中的火炬：六方氮化硼（h-BN）
微观诗意：在如冷峻冰原的浅蓝色硅基底与深蓝色h-BN薄膜的交界处，有一支红黄相间的“炽热火炬”。这是材料在实验中形成的缺陷，但在AFM扫描图像的渲染下，焕发出生机勃勃的艺术张力。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：8 μm × 8 μm
AFM模式：轻敲模式（Tapping Mode）
图像解析：图2是h-BN的表面形貌图像。浅蓝色区域是Si基底，深蓝色区域是h-BN，其厚度约为20 nm，红黄色部分为实验中形成的h-BN缺陷。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
03 迷宫的出口：铁镓碲（Fe3GaTe2）
图3 迷宫的出口：铁镓碲（Fe3GaTe2）
微观诗意：迷宫图腾在纳米尺度下彰显，好奇的人们情不自禁地在每个转角处寻找它的出口。清水出芙蓉，天然去雕饰，磁性二维材料内部磁畴的自然呈现，勾勒出属于磁性材料的独特物理韵律。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：20 μm × 20 μm
AFM模式：磁力显微镜（MFM）
图像解析：图3是常温磁性二维材料Fe3GaTe2的磁畴分布图像，图中可明显地看到材料内部磁畴的“迷宫式”分布。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
04 五彩斑斓的旗帜：六方氮化硼（h-BN）
图4 五彩斑斓的旗帜：六方氮化硼（h-BN）
微观诗意：纳米尺度下的表面电势分布如同一面在风中飘扬的五彩旗帜，将复杂的纳米尺度表面电势分布化为绚丽多彩的光影艺术。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：10 μm × 10 μm
AFM模式：开尔文探针力显微镜（KPFM）
图像解析：图4是h-BN的表面电势分布图。图像精准捕捉到了h-BN内部表面电势（CPD）的不规则分布。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
05 错综复杂的阡陌：钛酸铅（PbTiO₃）
图5 错综复杂的阡陌：钛酸铅（PbTiO₃）
微观诗意：宛如江南水乡错落有致的田园阡陌，红蓝相间的区域交织着既富有规则又充满变化的纹理。这是铁电材料PbTiO₃面内畴的图像，谱写着一曲纳米尺度下的冰与火之歌。
技术解析与硬核数据：
扫描尺寸：3 μm × 3 μm
AFM模式：压电力显微镜（PFM）
图像解析：图5是钙钛矿型铁电体PbTiO₃的面内畴压电相位图像。图中高对比度的面内畴结构清晰可见，直观反映了微区极化方向的变化。
适配设备：AFM-Piccolo、AFM-Baritone
第二篇章：纳米级无损检测设备——富睿思AFM
上述纳米图像均出自富睿思仪器自主研发的原子力显微镜（AFM）系列。凭借亚纳米级无损检测能力，富睿思AFM正在为科学研究与工业量测提供稳定、可靠的国产化解决方案。
旗舰产品1：AFM-Piccolo科研级桌面型原子力显微镜
配备超薄测头，有效厚度< 8 mm
开放空间，易与拉曼、白光轮廓仪等光学系统同轴集成联用
XYZ扫描范围100 μm × 100 μm × 5 μm / 15 μm，Z向噪音RMS ≤ 0.04 nm
旗舰产品2：AFM-Baritone 200 mm机台原子力显微镜
支持8英寸以内晶圆及其他样品的形貌和物性检测
配备全自动样品台，支持自动换针、自动调光
XYZ扫描尺寸100 μm × 100 μm × 15 μm，Z向噪音RMS ≤ 0.05 nm
点击链接，即刻获取富睿思AFM的完整行业解决方案。
关于富睿思仪器
富睿思仪器（FreeSpirit Instruments）创立于2021年，是一家专注于表面精密测量设备研发与生产的高科技创新企业。
立足于自主研发的技术底座，公司已推出多款具有核心知识产权的原子力显微镜（AFM）、白光轮廓仪（WLI）以及原子力显微镜-白光轮廓仪联用系统等，并已成功交付国内头部高校、科研院所以及工业企业。
富睿思仪器致力于为前沿科研、化合物半导体及新型显示等领域，提供稳定、可靠的国产精密量测解决方案。
官方网站：www.frsinst.com
咨询报价/测样：李经理18994392037
公司邮箱：info@frsinst.com
办事处：上海（总部）、天津（研发）、苏州（制造）、北京、成都
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石墨烯（Graphene）、过渡金属二硫化物（如MoS₂）、黑磷（BP）、六方氮化硼（h-BN）、MXene、二维过渡金属碳/氮化物等都是二维材料的典型代表。AFM凭借其高空间分辨率、多模态测量能力、对样品的低损伤性以及在多种环境下的适应性，在二维材料的基础研究、性能表征和器件应用探索中，发挥着核心作用，尤其是在厚度测量、表面形貌、纳米力学、纳米电学特性和异质结构分析等方面，AFM是最为关键的表征手段之一。
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h-BN表面形貌图像（纵坐标单位：nm）
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富睿思原子力显微镜与白光轮廓仪原位联用系统AFM-WLI Duet，为用户提供便捷的跨尺度形貌表征方案2025-09-08AFM-WLI Duet 是富睿思桌面型超薄测头原子力显微镜AFM-Piccolo与白光轮廓仪WLI-Marimba（Linnik型）的同轴集成系统。AFM-Piccolo的测头设计独具匠心，其有效厚度小于8 mm，加上底座部分其厚度小于10 cm，非常便于与包括白光轮廓仪（WLI）在内的其它设备进行联用。WLI-Marimba（Linnik型）的设计，可以使白光轮廓仪有很大的工作距离，完美适配AFM-Piccolo的桌面型超薄测头。
在某些应用场景下，用户既需要大尺度快速测量结果，又需要小尺度高分辨测量结果，AFM-WLI Duet便可以为用户提供便捷的跨尺度测量方案，它分别使用白光干涉技术和原子力显微技术实现快速大范围测量和小范围高分辨测量，AFM和WLI二者的结合可为用户提供便捷的原位跨尺度形貌表征方案。
以下为大家介绍一下使用富睿思原子力显微镜和白光轮廓仪联用的测试案例。
图1是采用AFM-WLI Duet测试回字形栅格的测试结果，Visual Image是直接用光学显微镜观察到的图像，可以看到图像中的回字形栅格和探针悬臂及基底部分，在该图像中选取中心回字区域进行WLI成像，如蓝绿图像所示，成像范围为550 μm，红色section图像代表回字栅格高度差截面图，在该图像中选取回字凸起部分进行AFM成像，如黄褐色图像所示，成像范围为50 μm，蓝色section图像代表栅格高度差截面图，台阶高度约为105 nm，和白光轮廓仪的测试数据具备一致性。
图1：回型栅格扫描图像
图2是使用AFM-WLI Duet对静态随机存取存储器（Static Random-Access Memory，SRAM）进行测试得到的图像，左侧蓝色图像代表了SRAM的WLI成像图像，成像范围为500 μm，图中红色部分为AFM探针悬臂，右侧为AFM测试的形貌图图像，扫描范围为20 μm。测试过程中先对SRAM进行大范围的WLI成像，然后选取感兴趣的微区，使用AFM探针定位下针进行小尺度扫描。
图2：SRAM扫描图像
