扫描电子显微镜实验报告

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扫描隧道显微镜（STM）的原理及应用

【摘要】本实验主要学习扫描隧道显微镜的工作原理，掌握用电化学腐蚀钨丝的方法制备扫描隧道显微镜的针尖，并用所制作的钨探针扫描石墨样品，获取石墨样品的原子分辨像。再结合石墨的六角晶格结构和晶格常数，对石墨表面图像进行处理分析，计算x、y方向压电陶瓷的电压灵敏度为15.74 Å/V，并分析了扫描图像效果的差影响因素。

【关键词】扫描隧道显微镜、隧道效应、探针、粗逼近

一、引言：

扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscopy，简称STM）是国际公认的20世纪80年代世界十大科技成就之一，它由IBM公司的Binning博士、Rohrer博士及其同事于1982年研制成功，两位发明者因此于1986年获得诺贝尔物理学奖。STM技术的诞生使在纳米尺度范围探测材料的表面特性成为可能，这是因为STM 能够一个原子一个原子地将表面的几何结构和电子结构联系起来，实时地观察单个原子在物质表面的排列状态及与表面电子行为有关的物理、化学性质。

STM技术的最大优势在于可获得原子级的分辨率，通常它的分辨率在平行于表面的方向可达0.1纳米，在垂直于表面的方向可达0.01纳米，此外STM还可实时地获得材料表面实空间的三维图像；可以观察单个原子层的局部表面结构，而不是整个表面的平均性质；配合扫描隧道谱STS可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子势阱等。但STM也有明显的缺点：由于原子波函数的叠加，STM在恒电流的工作模式下对样品表面的某些沟槽不能准确探测，与此相关的分辨率较差；另外，STM所观察的样品必须有一定的导电性，对于半导体，观察效果就差于导体，而对于绝缘体则根本无法观察。不过，在STM之后衍生的原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等一系列新型非接触表面探针技术在很大程度上弥补了STM的不足，使探针显微镜技术日趋完善，并在纳米科技领域中得到越来越广泛的应用。

- 1 - 显微镜观察洋葱细胞实验报告结论

问题：显微镜观察洋葱细胞实验报告结论

1.用显微镜观察洋葱鳞片叶表皮细胞时，会发现它的形态与周围的其他细胞不同。洋葱鳞片叶表皮细胞比较特殊，由许多相互连接、平行排列的扁平细胞组成。通过光学显微镜放大100倍后观察，可以清楚地分辨出一个个椭圆形的细胞核和细胞质。每个细胞中间还有细胞质中央的一个细胞核，但在这些细胞之间没有明显的界限。因此把它叫做“细胞质”或“原生质”都是不恰当的，应该称为“细胞膜”才更准确。

2.我们看到的是一个生物膜结构，洋葱内表皮细胞里面包裹着许多“小水珠”，叫做液泡，就像植物体的“小宇宙”。叶绿素等色素分布在液泡里，白色的部分被细胞膜包裹着。根据上述描述，我们推测植物细胞中存在细胞膜、液泡和叶绿体三种基本结构，它们共同构成了植物细胞。这也是教材所强调的。植物的细胞虽然和动物细胞的结构差别很大，但是在功能上却具有一定的联系。例如动物细胞和人体细胞都要进行新陈代谢，产生能量；而植物细胞除了新陈代谢以外，没有生长、繁殖的作用，只起保护和支持作用。另外，植物细胞壁具有支持和保护作用，而动物细胞没有。因此说“细胞都是生命系统的基本单位”是错误的，并且无法解释人类在显微镜下看到各种各样的细胞。

3.洋葱内表皮细胞的最外层含有叶绿体，是进行光合作用的场所，是制造有机物的基础。叶绿体在光下吸收光能，将光能转变为 - 2 - 化学能，产生氧气（ O2），放出二氧化碳（ CO2），这个过程称为光合作用。叶绿体在电子显微镜下呈颗粒状。这是因为叶绿体的表面积太小，需要靠增加数目来提高其表面积，故在培养细胞时必须涂一层细胞膜来阻止叶绿体脱落。洋葱鳞片叶表皮细胞有叶绿体，那么它一定进行光合作用吗？

一、实验目的

1.采用探针扫描显微镜进行微纳米级表面形貌测量。

2.了解扫描探针显微镜的工作原理并熟悉原子力显微镜的操纵。

二、实验设备

原子力显微镜、光盘块、装有SPM Console在线控制软件和Image后处理软件的计算机。

三、实验基础

原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。

原子力显微镜的基本原理是：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。激光检测原子力显微镜（Atomic

Force Microscope Employing Laser Beam Deflection for Force Detection,

Laser-AFM）——扫描探针显微镜家族中最常用的一种为例，其工作原理如图1所示。二极管激光器（Laser Diode）发出的激光束经过光学系统聚焦在微悬臂（Cantilever）背面，并从微悬臂背面反射到由光电二极管构成的光斑位置检测器（Detector）。在样品扫描时，由于样品表面的原子与微悬臂探针尖端的原子间的相互作用力，微悬臂将随样品表面形貌而弯曲起伏，反射光束也将随之偏移，因而，通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。

在系统检测成像全过程中，探针和被测样品间的距离始终保持在纳米（10e-9米）量级，距离太大不能获得样品表面的信息，距离太小会损伤探针和被测样品，反馈回路(Feedback）的作用就是在工作过程中，由探针得到探针-样品相互作用的强度，来改变加在样品扫描器垂直方向的电压，从而使样品伸缩，调节探针和被测样品间的距离，反过来控制探针样品相互作用的强度，实现反馈控制。因此，反馈控制是本系统的核心工作机制。系统采用数字反馈控制回路，用户在控制软件的参数工具栏通过以参考电流、积分增益和比例增益几个参数的设置来对该反馈回路的特性进行控制。

一、实验目的

1. 了解花粉形态学的基本知识，掌握花粉形态观察的实验技能。

2. 通过观察不同植物花粉的形态结构，加深对植物分类学、系统发育和传粉方式的认识。

3. 培养实验操作能力和科学思维。

二、实验原理

花粉是植物的雄性生殖细胞，具有多种形态和结构，对植物的传粉和分类具有重要意义。通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察花粉的形态和结构，可以了解花粉的多样性及其与传粉方式的关系。

三、实验材料与仪器

1. 实验材料：不同植物的花粉样品（如小麦、玉米、大豆等）。

2. 试剂与耗材：冰乙酸、乙酸酐、浓硫酸、甘油、石炭酸、加拿大树胶、蒸馏水、酒精等。

3. 仪器：光学显微镜、扫描电子显微镜、水浴锅、离心机、小试管、镊子、解剖针、细铜网、载玻片、盖玻片、双面透明胶带、酒精灯、目镜测微尺。

四、实验步骤

1. 准备花粉样品：将采集到的花粉样品放入干燥器中，待花粉干燥后取出，用解剖针挑取适量花粉，放入装有冰乙酸的试管中。

2. 制片：将花粉样品在冰乙酸中浸泡一段时间，取出后滴加少量加拿大树胶，将花粉粘附在载玻片上，用盖玻片覆盖。

3. 光学显微镜观察：将制片放入光学显微镜下观察花粉的形态、大小、形状、纹饰等特征。

4. 扫描电子显微镜观察：将制片放入扫描电子显微镜下观察花粉的表面结构，如纹饰、突起等。

5. 记录数据：根据观察结果，记录花粉的形态、大小、形状、纹饰等特征，并计算花粉的长度、宽度、面积等参数。

五、实验结果与分析 1. 光学显微镜观察结果：小麦花粉为长椭圆形，长度约为30-40微米，宽度约为15-20微米，表面具有网状纹饰；玉米花粉为圆形，直径约为20-30微米，表面具有突起；大豆花粉为长椭圆形，长度约为40-50微米，宽度约为20-30微米，表面具有网状纹饰。

2. 扫描电子显微镜观察结果：小麦花粉表面具有明显的网状纹饰，纹饰大小不一；玉米花粉表面具有突起，突起高度不一；大豆花粉表面具有网状纹饰，纹饰大小不一。