納米碳量子點具有十分好的特性，這使得它們在例如光學(xué)傳感、光生伏特以及生物成像等一系列領(lǐng)域中有著巨大的應(yīng)用前景。然而，為了成功地將這種零維納米材料投入實際應(yīng)用，我們?nèi)孕柽M一步理解其光致發(fā)光原理以及光致電荷的具體轉(zhuǎn)移過程。

為實現(xiàn)這一目的，來自伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的學(xué)者們對于碳點的光物理特性分別在其單一粒子水平以及整體狀態(tài)下進行了深入研究。這些碳點均通過一些分子進行了表面鈍化，這些分子分別作為電子受體或電子給體。

在研究初期，研究人員通過透射電鏡TEM對樣品進行了表征，結(jié)果表明許多碳點團聚成了如下圖所示的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。然而通過TEM測得的顆粒直徑與由動態(tài)光散射技術(shù)測得的結(jié)果并不一致，這很可能是由于TEM樣品制備過程中引入的誤差導(dǎo)致的。為了實現(xiàn)更高分辨率的表征以及更準確的顆粒尺寸測量，研究人員們決定使用原子力顯微鏡對樣品進行進一步的研究。afm原子力顯微鏡的高分辨率成像結(jié)果表明環(huán)狀結(jié)構(gòu)與棒狀結(jié)構(gòu)同時存在。并且與TEM的結(jié)果相比，原子力顯微鏡測得的環(huán)狀結(jié)構(gòu)其尺寸與形狀都更均一。

研究人員還使用了一系列其它技術(shù)并結(jié)合密度泛函理論計算。實驗結(jié)果表明形成什么樣的結(jié)構(gòu)是由許多實驗變量決定的，諸如時間、顆粒濃度、以及氫鍵結(jié)合等。結(jié)合所有實驗結(jié)果，研究人員認為碳點聚集態(tài)的光物理特性受到其形成的分層結(jié)構(gòu)的影響。

以上發(fā)現(xiàn)有助于科研人員研究碳點光致發(fā)射的原理，甚至可能加速這些納米材料在下一代光電子以及量子技術(shù)的使用。

對于afm原子力顯微鏡來說，很重要的機械設(shè)計特點就是連接樣品與探針的機械回路的剛度。任何由外界因素導(dǎo)致的這一結(jié)構(gòu)的相對運動都會降低圖像質(zhì)量。

掃描器在XYZ三個方向的性能也是決定成像質(zhì)量的一個重要因素。這一性能是由掃描器的機械設(shè)計、電子元件以及其集成的位置傳感器共同決定的。

除此以外，原子力顯微鏡探針與偏轉(zhuǎn)光學(xué)傳感器也是決定儀器性能的重要因素。畢竟對于形貌以及各種物理特性的測試正是在探針與樣品的相對運動過程中測得的。

系統(tǒng)中的電學(xué)元件同樣是afm原子力顯微鏡成像性能的決定性因素。即使很小的電路噪音也可以對原子力顯微鏡成像造成很大的干擾。因此控制電路內(nèi)的每一個模擬以及數(shù)字裝置都經(jīng)過了精心設(shè)計以及反復(fù)檢查，以確保它們不會降低成像性能。

總而言之，afm原子力顯微鏡的性能是由上述各個因素綜合決定的。