金属片式探针

第42卷 第5期Vol.42 No.5昭通学院学报Journal of Zhaotong University 2020年10月Oct.2020收稿日期：2020-10-16基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目(2019J1143)，国家自然科学基金资助项目(21861044)。

作者简介：李锦（1997— ），男，云南陆良人，在读本科生，主要从事功能材料的合成与应用研究。

通讯作者：张泽俊（1983— ），云南昭通人，讲师，硕士，主要从事功能材料的合成与应用研究。

●化学研究MOFs 材料固相微萃取探针的制备及在环境污染物分析中的应用进展（昭通学院 化学化工学院，云南 昭通 657000）摘　要：固相微萃取技术作为一种绿色环保、快速简便的样品前处理技术，广泛应用于色谱分离、食品安全检测、环境污染物分析等领域。

MOFs 材料具有孔径大、比表面积高、活性位点多等特点以及合成简单、传质速度快、易改性、选择性高等优点。

将MOFs 材料与固相微萃取技术结合对有机污染物和无机污染物的富集和分析已展现出了巨大的应用价值。

关键词：MOFs 材料；固相微萃取探针；环境污染物中图分类号：O658.2 文献标志码：A 文章编号：2095-7408（2020）05-0017-08李 锦， 张泽俊， 李启彭， 王 锐， 李 浪1 引言金属-有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs）是由含氮、氧等元素的有机配体与过渡金属离子自组装而成的多维网状骨架材料。

是以分子配位化学和金属有机化学为理论基础，基于沸石等化合物的基础上发展起来的一类新材料。

由于有机配体与过渡金属离子相结合，使得合成新的MOFs 材料有无限种可能。

通过改变金属离子与有机配体，可合成不同孔径、不同结构的新型材料。

MOFs 材料具有高孔隙率、孔径尺寸可调、结构有序、化学性质稳定、热稳定性强等优点，使得它在气体吸附与分离、有机污染物吸附、有机催化、传感器、药物缓释、光学材料等方面都展示出了诱人的应用前景，已成为国内外研究和开发应用的热点之一。

金属探针电化学腐蚀平台简介STM针尖(tip) 的质量是影响分辨率的一个重要因素。

目前，广泛用来制作tip的材料有钨(W)丝、铂-铱 (Pt-Ir) 丝、以及金(Au) 丝，其直径通常为0.25～0.5mm。

特殊要求的定向单晶金属丝如W(111)很少用，因为价格比较贵。

对STM来说，最理想情况是tip的尖端只有一个突出的原子。

遗憾的是这种理想情况只有少数几种特殊方法才能实现，比如在场离子显微镜(field ion microscope) 中做可控的场蒸发(field evaporation)对尖端进行原子级修饰，或者在真空腔内通入Ar气（10-8Torr）做场离子发射，用Ar+修饰针尖。

当然，制作普通针尖的方法很多，有研磨、剪切、离子洗削以及电化学腐蚀。

对W丝常用电化学腐蚀，而对Pt-Ir丝则多采用剪切。

下面的内容主要描述电化学腐蚀W针尖的整个过程，包括腐蚀平台的使用。

准备因为钨丝的密度在每个截面上并不是完全一样，有时甚至会有很大的差别。

这样会造成最后得到的针尖边缘凹凸不平，有时甚至在针尖的末端会留下粗糙物，这是W丝加工硬化过程留下的。

如果针尖部分恰好处在密度较小的地方，做出的针尖显然不会很完美。

材料：直径0.25mm的钨丝、1kg的重物、调压器、800#沙纸等。

流程：约0.5m长的钨丝，上端固定（比如固定在台钳上），下端悬挂约1kg的重物，用调压器在钨丝两端加电压。

关上室内的灯，加到3V左右时会看到钨丝发出暗黑的光，保持5min左右。

这样，钨丝在应力作用下退火，会使得各处的密度均匀一些。

但带来的不良后果是表面被覆盖上了厚厚的氧化层。

用800#沙纸反复打磨，直到表面重新看到银白的金属光泽。

把打磨后的W丝截成约15cm的几段，并用丙酮清洗。

腐蚀电化学过程的一般原理是当金属进入电解质溶液时，由于电解质溶液中极性分子的作用，使金属表面的金属离子进入溶液，同时，溶液中的阳离子将在金属表面还原沉积。

以W丝为阳极(+)，Pt或不锈钢为阴极(－)，加一正向电压，则W被氧化成WO42-离子。

扫描探针显微镜（SPM）原理简介庞文辉 2012.2.22一、SPM定义扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜AFM,激光力显微镜LFM，磁力显微镜MFM等等）的统称，包括多种成像模式，他们的共同特点是探针在样品表面扫描，同时针尖与样品间的相互作用力被记录。

SPM的两种基本形式：1、扫描隧道显微镜（Scanning Probe Microscope,STM）2、原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）AFM有两种主要模式：●接触模式（contact mode）●轻敲模式（tapping mode）SPM的其他形式：●侧向摩擦力显微术（Lateral Force Microscopy）●磁场力显微镜（Magnetic Force Microscope）●静电力显微镜（Electric Force Microscope）●表面电势显微镜（Surface Potential Microscope）●导电原子力显微镜（Conductive Atomic Force Microscope）●自动成像模式（ScanAsyst）●相位成像模式（Phase Imaging）●扭转共振模式（Torisonal Resonance Mode）●压电响应模式（Piezo Respnance Mode）●……二、STM原理及应用基于量子力学中的隧穿效应，用一个半径很小的针尖探测被测样品表面，以金属针尖为一电极，被测固体表面为另一电极，当他们之间的距离小到1nm左右时，形成隧道结，电子可从一个电极通过量子隧穿效应穿过势垒到底另一个电极，形成隧穿电流。

在极间加很小偏压，即有净隧穿电流出现。

隧穿电流与两极的距离成指数关系，反馈原理是采用横流模式，当两极间距不同（电流不同），系统会调整Z轴的位置从而成高度像。

实验 四探针法测电阻率1．实验目的：学习用四探针法测量半导体材料的体电阻率和扩散薄层的电阻率及方块电阻。

2．实验内容① 硅单晶片电阻率的测量：选不同电阻率及不同厚度的大单晶圆片，改变条件（光照与否），对测量结果进行比较。

② 薄层电阻率的测量：对不同尺寸的单面扩散片和双面扩散片的薄层电阻率进行测量。

改变条件进行测量（与①相同），对结果进行比较。

3． 实验原理：在半导体器件的研制和生产过程中常常要对半导体单晶材料的原始电阻率和经过扩散、外延等工艺处理后的薄层电阻进行测量。

测量电阻率的方法很多，有两探针法，四探针法，单探针扩展电阻法，范德堡法等，我们这里介绍的是四探针法。

因为这种方法简便可行，适于批量生产，所以目前得到了广泛应用。

所谓四探针法，就是用针间距约1毫米的四根金属探针同时压在被测样品的平整表面上如图1a 所示。

利用恒流源给1、4两个探针通以小电流，然后在2、3两个探针上用高输入阻抗的静电计、电位差计、电子毫伏计或数字电压表测量电压，最后根据理论公式计算出样品的电阻率［１］IV C23=ρ 式中，C 为四探针的修正系数，单位为厘米，C 的大小取决于四探针的排列方法和针距，探针的位置和间距确定以后，探针系数C 就是一个常数；V 23为2、3两探针之间的电压，单位为伏特；I 为通过样品的电流，单位为安培。

半导体材料的体电阻率和薄层电阻率的测量结果往往与式样的形状和尺寸密切相关，下面我们分两种情况来进行讨论。

⑴ 半无限大样品情形图1给出了四探针法测半无穷大样品电阻率的原理图，图中(a)为四探针测量电阻率的装置；(b)为半无穷大样品上探针电流的分布及等势面图形；(c)和(d)分别为正方形排列及直线排列的四探针图形。

因为四探针对半导体表面的接触均为点接触，所以，对图１（b ）所示的半无穷大样品，电流I 是以探针尖为圆心呈径向放射状流入体内的。

因而电流在体内所形成的等位面为图中虚线所示的半球面。

于是，样品电阻率为ρ，半径为r ，间距为dr 的两个半球等位面间的电阻为dr r dR 22πρ=， 它们之间的电位差为 dr r IIdR dV 22πρ==。

气动和手动两套朗缪尔探针系统徐国盛大部分实验中我们使用的是三探针和马赫探针，以及组合成的各种探针阵列。

朗缪尔探针工作在等离子体边界，包括SOL、以及LCFS内几个厘米的区域。

两套朗缪尔探针系统，一套是常规手动推进式的探针系统，一套是快速气动推进式的探针系统。

两套系统都可以根据实验目的安装多种探针阵列，从而得到丰富的实验数据。

1. HT-7朗缪尔探针系统介绍两套朗缪尔探针都安装在托卡马克的上方，圆形小截面的中垂线上，探针竿从上窗口向下伸入边界等离子体。

因为考虑到HT-7在放电过程中等离子体的水平位移比较大（虽然水平位移也是反馈控制的），而垂直位移通常可以通过反馈控制极向场保持在2 mm之内，所以没有布置水平探针，垂直上窗口探针的好处就是放电过程中探针相对于等离子体磁面的位移很小。

探针在环向离极向限制器的距离很远，通常环向角超过120°，所以没有探针落在极向限制器预鞘区里的问题。

下图示意探针布置，中间矩形是变压器铁心。

图1. HT-7托卡马克的朗缪尔探针布置示意图。

手动探针是螺杆传动推进的，通过波纹管使活动部分与真空连接。

托卡马克放一次电（放一炮）的过程中探针固定在某个径向位置，两炮之间可以通过螺杆调节径向位置。

手动探针主要用来测量参数随时间的演化，当需要大量时间采样点来分析涨落信号时或在研究L-H模转换等动态过程时通常采用手动探针。

测量时间演化和涨落分析是手动探针的优势。

当用手动探针测量径向分布时就需要若干次可重复的放电进行探针扫描，每次探针置于一个径向位置，测量一个径向点的信息，最后拟合出参数分布曲线。

每次参数都完全相同的可重复放电是很难得到的，所以一次扫描通常需要几十炮的放电进行统计，这是手动探针的不便之处。

而且由于HT-7装置即使在欧姆放电下，探针在伸入LCFS内1 cm时也具有非常大的热负荷（热负荷估计见宋梅博士的硕士论文），导致石墨探针在通常放电参数下（如等离子体电流Ip = 120 kA，中心弦平均密度n e = 2×1019m−3，放电时间长度1 s）最多只能承受10炮，就会由于过热而大量发射二次电子，测量到的悬浮电位会上升，饱和离子流会突然增大甚至超出测量系统的上限。

探针式表面温度计的校准方法沈红梅;吕国义【摘要】概述了探针式表面温度计的组成结构、使用场所及其测温方法和测温原理,并从校准的条件、校准所需的仪器设备、计量标准及校准项目和校准方法几个方面,对探针式表面温度计的温度参数的校准进行探讨.【期刊名称】《计测技术》【年(卷),期】2018(038)0z1【总页数】3页(P93-95)【关键词】表面温度计;校准方法;探针式表面温度计;表面温度源【作者】沈红梅;吕国义【作者单位】航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095;航空工业北京长城计量测试技术研究所,北京100095【正文语种】中文【中图分类】TB90 引言在冶金生产过程中，对温度范围在400～600 ℃天然气加热炉内的铝棒表面温度进行准确测量，这对于产品质量起着至关重要的作用。

如用校准后的工业热电偶温度计进行测量，由于热电偶温度计的结构原理无法对表面温度进行准确测量，常规手持式温度计由于其测温上限和结构原理无法对炉中铝棒的表面温度进行测量此时，采用探针式表面温度计可解决这一问题。

探针式热电偶可利用其前端结构(尖端型)和自重充分接触被测金属表面温度，再利用其热电偶金属材料测温原理[1]，与测温仪表组成测温系统，就实现了对加热炉中的铝棒表面温度进行测量和监控；其优点是测温数据稳定，测温准确可靠且温度偏差小于10℃。

本文将对探针式表面温度计的校准方法和校准结果进行试验测试和探讨。

1 测温原理探针式表面温度计由一对两种金属材料组成，其长为900 mm，金属棒直径为10 mm，自重为550 g，探针式表面温度计正极由镍铬材料组成，负极由镍硅材料组成，构成了K型热电偶温度计[2]。

此热电偶两个金属棒的前端均为尖锥形，测量时需要给热电偶两个金属棒同时施加适度压力，使感温金属棒紧密地与被测金属表面相互接触，由测温仪表显示出被测金属表面的表面温度，从而提高测量准确度。

一般测温仪表具有热电偶参考端温度自动补偿功能。