2.AFM在膜技术中的应用
随着膜技术的蓬勃发展，人们力图通过控制膜的表面形态结构，改进制膜的方法，进而提高膜的性能。在过去的多年的研究中，关于膜的制备、形态与性能之间的关系已经做了多方面的尝试和研究，而且这些尝试和研究对于膜的形成与透过机理都十分有价值，然而由于过程相当复杂，对其中的理解仍然是不够充分的。
1988年，当AFM发明以后，Albrecht等人AFM首次将其应用与聚合物膜表面形态的观测之中，为膜表面形态的研究开启了一扇新的大门[3]。
AFM在膜技术中的应用相当广泛，它可以在大气环境下和水溶液环境中研究膜的表面形态，精确测定其孔径及孔径分布，还可在电解质溶液中测定膜表面的电荷性质，定量测定膜表面与胶体颗粒之间的相互作用力。无论在对哪个参数的测定中，AFM都显示了其他方法所没有的优点，因此，其应用范围迅速增长，已经迅速变成膜科学技术中发展和研究的基本手段[4]。
用于膜表面形态和结构特征研究的手段方法和很多，如扫描电子显微镜、压汞法、泡点法、气体吸附-脱附法、热孔法以及溶质透过特性等等[5,6]。其中只有扫描电子显微镜能够提供直接而又详细的资料，如孔形状和孔径分布。它在一段时期曾是微电子学的标准研究工具，它可以分辨出小至几个毫微米的细节。但是这种显微镜要求试样表面涂覆金属并在真空中成像，三维分辨能力差，发射的高能电子可能会损坏试样表面而造成测量偏差。AFM通过探针在试样表面来回扫描，生成可达到原子分辨率水平的图象，并不苛刻的操作条件（它可以在大气和液体环境中操作），以及试样不需进行任何预处理的特点，其在膜技术中的应用引起了广泛的兴趣。
AFM在膜技术中的应用与研究主要包括以下几个方面：
1)膜表面结构的观察与测定，包括孔结构、孔尺寸、孔径分布；
2)膜表面形态的观察，确定其表面粗糙度；
3)膜表面污染时的变化，以及污染颗粒与膜表面之间的相互作用力，确定其污染程度；
4)膜制备过程中相分离机理与不同形态膜表面的之间的关系。
2.1膜表面结构的观察与测定
当一幅清晰的AFM图象得到后，在图象上选定一条线作线分析（line analysis），做孔径和孔径分布的研究。科研人员进行了大量的研究和测试工作。
图1 ETNA01A钠滤膜的孔径分布柱状图
Bessieres [7]等人用AFM测量了磺化聚砜超滤膜的孔径，并根据测定数据预测了其对聚乙二醇（PEG）的分离因数。Bowen[2]等人用AFM的非接触模式分析了微孔膜、超滤膜和纳滤复合膜表面的孔结构，得到了孔径和孔径分布。
Dietz[8] 等研究了八种超滤膜的表面结构并定量地给出了孔径分布。而Nakao将其研究成果集中起来，得到这样一个结论：膜的性能与孔尺寸和孔径分布和谐统一。与此同时，Bowen指出，如果对膜孔尺寸和膜的切割分子量有一个大致的认识，对于超滤膜和纳滤膜的表面结构将带来很大的方便。
图1[2]显示了ETNA01A纳滤膜的孔径分布。
图2为截留分子量为4000的XP117膜的单孔形貌，由图2可以看出膜孔径约为0.5nm。
图2 XP117膜(MWCO4000)的单孔形貌
