T∕CSTM 00003-2019 二维材料厚度测量 原子力显微镜法.docx
ICS07.030A40
TCSTM00003—2019
二维材料厚度测量原子力显微镜法
Atomicforcemicroscopy（
Atomicforcemicroscopy（AFM）
2019-01-03发布2019-04-01实施
中关村材料试验技术联盟发布
Ⅰ
TCSTM00003—2019
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅴ
1范围 1
2规范性引用文件 1
3术语和定义 1
4原理 1
5仪器设备 2
6样品前处理 2
7测试方法 2
8厚度计算方法 3
9测量结果的不确定度评定 3
10测试报告 4
附录A（资料性附录）氧化石墨烯(GO)厚度的测定实例 5
附录B（资料性附录）测试报告格式 9
附录C（资料性附录）起草单位和主要起草人 10
参考文献 11
Ⅲ
TCSTM00003—2019
前言
本标准参照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准附录A和B为资料性附录。
本标准由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会(CSTM/FC00)提出。
本标准由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会(CSTM/FC00)归口。本标准负责起草单位和主要起草人见附录C。
Ⅴ
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引言
二维材料由于其独特的电学、力学、化学等性质，被广泛应用于各个领域。而二维材料的厚度往往决
定了其具有的各种性能，所以简单准确的测定二维材料的厚度具有非常重要的意义。二维材料厚度小，
甚至小于1nm。对如此小的厚度测量如何保证测量过程的可操作性、普适性以及测量结果一致性就非
常重要。目前常见的厚度表征方法中，原子力显微镜的分辨率可达到原子级水平，在高分辨率方面具有
不可替代的优势。利用原子力显微镜测量二维材料与基底之间的高度差能够直接确定二维材料的厚度。
本标准结合原子力显微镜扫描技术和概率分布统计方法，对二维材料的超薄厚度进行准确测量，建立原
子力显微镜测量二维材料厚度一致性测试方法，可有效避免污染、噪声等因素对厚度测量的影响。能够
建立简单、快速、可靠的二维尺度厚度的测量方法，具有实用性。
1
TCSTM00003—2019
二维材料厚度测量原子力显微镜法
1范围
本标准规定了二维材料厚度测量原子力显微镜法的原理、仪器设备、样品前处理、测试方法、厚度计算方法、测量结果的不确定度评定及测试报告。
本标准适用于可以与基底形成台阶的二维材料厚度测量。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T19619纳米材料术语
GB/T27760利用Si(111)晶面原子台阶对原子力显微镜亚纳米高度测量进行校准的方法JJF1351扫描探针显微镜校准规范
ISO/TS80004-13:2017Nanotechnologies—Vocabulary—Part13:Grapheneandrelatedtwo-di-
mensional(2D)materials
3术语和定义
GB/T19619、GB/T27760和ISO/TS80004-13:2017界定的术语和定义适用于本文件。
4原理
探针与被测样品之间微弱的相互作用力（原子力）来获得物质表面的形貌信息，并利用其表面形貌信息计原子力显微镜(
探针与被测样品之间微弱的相互作用力（原子力）来获得物质表面的形貌信息，并利用其表面形貌信息计
算二维材料厚度。具体原理以氧化石墨烯为例，如图1所示，将二维材料与基底形成台阶的两侧对应数
据转换为高度概率分布直方图，利用高斯拟合得到正态分布曲线，两侧高度峰值之间的差值为样品厚度，
用差减法计算出其厚度值H。
H＝狓u-狓d…………(1)
式中：
H———台阶高度值，单位为纳米(nm);
狓u,狓d———分别是二维材料、基底经高斯拟合所得到的高度概率分布的最大值，单位为纳米(nm)。
图1(a)为氧化石墨烯片层的AFM图像，其中白色直线是在氧化石墨烯片层上划取的轮廓线；图(b)
为图(a)中划取的轮廓线所对应的高度数据，台阶两侧框中包含的高度数据将进一步统计分析处理；图
(c)为图(b)框中包含的高度数据的概率分布直方图，其中右侧直方图代表氧化石墨烯片层高度概率分布
情况，左