1)膜表面結(jié)構(gòu)的觀察與測(cè)定，包括孔結(jié)構(gòu)、孔尺寸、孔徑分布；
2)膜表面形態(tài)的觀察，確定其表面粗糙度；
3)膜表面污染時(shí)的變化，以及污染顆粒與膜表面之間的相互作用力，確定其污染程度；
4)膜制備過程中相分離機(jī)理與不同形態(tài)膜表面的之間的關(guān)系。
膜表面結(jié)構(gòu)的觀察與測(cè)定:
當(dāng)一幅清晰的原子力顯微鏡圖象得到后，在圖象上選定一條線作線分析（line analysis ），可做孔徑和孔徑分布的研究。在使用AFM 原子力顯微鏡觀測(cè)膜的表面時(shí)，科研工作者不忘將其測(cè)定結(jié)果與其它方法得到的結(jié)果進(jìn)行了比較。研究發(fā)現(xiàn)，原子力顯微鏡 的接觸模式與非接觸模式的測(cè)定結(jié)果相似，而SEM 和TEM 的測(cè)定值都偏小。造成這種偏差的原因是由測(cè)定方法所決定的。SEM 要求在樣品表面覆蓋一層導(dǎo)電層，而TEM 要求制備樣品的復(fù)制品。這些對(duì)試樣的預(yù)先處理都會(huì)帶來測(cè)量上的偏差。這已經(jīng)得到了證實(shí)。同時(shí)，膜也有可能被電子光束所破壞。在膜表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)的觀察中研究人員還發(fā)現(xiàn)，膜的操作環(huán)境同樣會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響。我們知道，AFM原子力顯微鏡可以在大氣環(huán)境和液體環(huán)境中對(duì)膜表面進(jìn)行成像掃描。Bowen 在研究微孔膜時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著NaCl 溶液濃度的變小，得到的表面圖象和孔徑測(cè)定結(jié)果都相對(duì)較差。因此，原子力顯微鏡不是說按一個(gè)簡單的按鈕就可以完成所有的工作，它需要在測(cè)試時(shí)調(diào)整各種參數(shù)以求達(dá)到Z好的結(jié)果。盡管如此，它仍然不失為膜表面觀察的技術(shù)。
膜的表面粗糙度:
通常認(rèn)為，由高分子材料制備得到的合成膜表面應(yīng)當(dāng)是光滑的，因此認(rèn)為在膜的制備過程中產(chǎn)生表面帶有花紋的膜是所不希望得到的。但是，隨著膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對(duì)膜現(xiàn)象的深入了解，人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到為什么表面看似有花紋的膜在其透過通量上卻比平整的膜表面有更大的優(yōu)勢(shì)。AFM原子力顯微鏡利用其先進(jìn)的掃描技術(shù)和分析方法可以對(duì)膜的表面圖象進(jìn)行分析，得到其粗糙度參數(shù)?？梢杂?/span>原子力顯微鏡觀察反滲透膜時(shí)找到膜的透過通量與粗糙度之間的關(guān)系：隨膜表面粗糙度增高，膜的水通量增大，這是因?yàn)槟さ挠行娣e增大的緣故。換言之，表面粗糙度大的膜表面可以獲得更大的比表面積以及更大的透過通量。用AFM原子力顯微鏡研究膜表面時(shí)還發(fā)現(xiàn)，膜表面的粗糙區(qū)可分為非晶形區(qū)和晶形區(qū)，而且膜表面的不規(guī)整性還會(huì)影響膜的物理化學(xué)性質(zhì)。
透氣通量與膜表面粗糙度的變化關(guān)系:
反滲透膜和超濾膜在水處理中的一個(gè)主要問題是膜污染。在對(duì)膜的粗糙度進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，膜表面的粗糙度與膜污染之間存在一定的關(guān)系。Elimelech 等研究了被膠體污染了的醋酸纖維素反滲透膜和芳香聚酰胺反滲透復(fù)合膜，發(fā)現(xiàn)芳香聚酰胺復(fù)合膜的受污染程度高，這主要?dú)w因于復(fù)合膜表面的粗糙度高。而且膜表面圖象也顯示了相對(duì)于醋酸纖維素反滲透膜較為平整的膜表面，芳香聚酰胺復(fù)合膜存在大量的“山峰”結(jié)構(gòu)。Bowen對(duì)納濾膜的研究也得到了相似的結(jié)果。
由上可見，原子力顯微鏡對(duì)膜表面的粗糙度的分析，對(duì)膜的性能與表面形態(tài)之間的關(guān)系研究提供了很大的方便。
膜表面污染程度研究:
在研究膜的污染狀況前，先看看AFM原子力顯微鏡在其中的作用。原子力顯微鏡可以通過測(cè)量懸臂的彎曲程度來測(cè)量膜表面與探針針尖之間的相互作用力。假設(shè)將針尖的硅/二氧化硅取而代之，換以一球形顆粒附著在懸臂上，測(cè)量其與膜表面之間的作用力，便可知其在膜上的粘附程度，從而預(yù)見膜表面的污染狀況，這種技術(shù)稱為“膠粒探針”技術(shù)。隨著技術(shù)的提高，顆粒的直徑可以從0.75μm 做到15μm。利用“膠粒探針”技術(shù)定量分析膜表面與各種材料之間的相互作用力使得快速評(píng)估不同顆粒在膜表面的污染狀況成為可能，簡化了膜的研制過程，并在膜材料的選擇方面提供理論指導(dǎo)依據(jù)，從而推動(dòng)低污染或無污染膜的快速發(fā)展。
成膜機(jī)理研究:
高分子膜結(jié)構(gòu)與相分離機(jī)理緊密相關(guān)，尤其是非晶形聚合物，相分離過程對(duì)膜的表面形態(tài)和結(jié)構(gòu)影響很大。AFM原子力顯微鏡對(duì)膜表面形態(tài)與結(jié)構(gòu)的成像與分析，對(duì)于膜制備過程中的成膜機(jī)理研究也帶來了很大的幫助。
原子力顯微鏡在膜技術(shù)方面顯示了強(qiáng)大的應(yīng)用能力。無論在空氣中或是液體環(huán)境中，AFM原子力顯微鏡無需對(duì)膜進(jìn)行任何可能破壞表面結(jié)構(gòu)的預(yù)處理，就能生成高清晰度的膜表面圖象。通過對(duì)膜表面形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及與顆粒間的相互作用力進(jìn)行測(cè)定，使人們掌握膜的結(jié)構(gòu)、形態(tài)與膜性能之間的關(guān)系，了解膜的抗污染程度，以及對(duì)成膜機(jī)理進(jìn)行更深入的研究，推動(dòng)膜科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展。