下载文档原格式
扫描探针显微技术及其应用贺爽博【摘要】当今纳米科技时代,显微技术越来越成为一项不可或缺的研究手段.本文全面介绍了目前具有广泛应用的扫描探针显微技术,包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜,以及导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜等专用功能型的扫描探针显微技术.本文介绍了这些扫描探针显微技术的工作原理,并比较了它们在应用上的优缺点.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2017(000)020【总页数】2页(P145,147)【关键词】扫描探针显微技术;扫描隧道显微镜;原子力显微镜;发展综述【作者】贺爽博【作者单位】湖南师范大学附属中学【正文语种】中文在新物理的探索、电子器件微型化等因素的驱动下，物理、化学、材料等学科的研究早已进入到了微观（纳米）领域。
在纳米科技时代，人们已经发现了更多有趣的物理现象、更多性能优越的新型材料，也开发了更多新型器件的应用。
而这一切都离不开微观尺度表征手段的发展。
显微技术是纳米科技领域不可或缺的一种表征手段，它可以被用于观察纳米材料的表面形貌、内部结构，也可以被用来测量材料在纳米尺度的物理特性。
传统的光学显微镜由于阿贝极限的存在，很难用于观察纳米材料。
从上世纪30年代逐渐发展起来的电子显微镜，虽然具有很高的分辨率和比较完善的测试功能，但是它具有仪器庞大、昂贵，运行、维护成本高，高真空要求，样品准备工艺复杂，测试效率低等缺点。
相比之下，于上世纪80年代迅速发展起来的扫描探针显微技术，具有结构简单、易于操作、测试效率高等优势，因此，自其发明以来，就得到了广泛的关注和应用。
目前，人们已发明了诸多类型的扫描探针显微镜，包括主要用于表面材料的表面形貌和原子/分子结构的扫描隧道显微镜、原子力显微镜，以及针对具体物理性质测量功能而实现的导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜等。
[1-3] 本文综述了几种常见的扫描探针显微技术，包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜，以及基于原子力显微镜而实现的导电原子力显微镜、压电响应力显微镜和磁力显微镜。
初中历史常见仪器的用途和使用方法(人
教版)
一、显微镜
用途：
显微镜是一种用于放大看不见的物体的工具，对于观察微小的
动植物细胞、细菌等非常有用。
使用方法：
1. 取下显微镜镜头盖，调整光源，使其照射到样品上。
2. 将样品放在玻璃载玻片上，用夹片夹住样品。
3. 将载玻片放在显微镜的载玻片夹上。
4. 调节显微镜镜头，先用低倍镜观察，然后逐渐切换到高倍镜。
二、时钟
用途：
时钟是用来测量时间的工具，有助于人们记录和安排各种活动
的时间。
使用方法：
1. 设置时间：根据需要，通过拨动表盘上的指针来调整时间。
2. 读取时间：使用表盘上的刻度和指针来读取小时和分钟。
三、罗盘
用途：
罗盘是一种用来测定方位的仪器，对于导航和定位非常重要。
使用方法：
1. 水平放置：将罗盘保持水平放置，使其指针能自由转动。
2. 寻找北方：将罗盘指针对准正北方向，使指针与北方吻合。
3. 测量方位：通过观察罗盘指针所指方位的度数，确定其他方向的位置。
以上是初中历史常见仪器的用途和使用方法，希望能对你的学习有所帮助。
扫描电子显微镜技术研究及其应用作为一种重要的微观物体表面成像技术，扫描电子显微镜技术在各个领域都得到了广泛的应用。
本文将对扫描电子显微镜技术的原理和应用进行介绍。
一、扫描电子显微镜技术原理1. 原理概述扫描电子显微镜技术是通过以电子束为探针，在物体表面进行扫描，利用扫描反射电子显微镜或扫描透射电子显微镜的原理，根据电子与样品相互作用产生的各种信号，重建样品表面的显微结构和化学组成的一种高性能的显微成像技术。
2. 基本原理扫描电子显微镜技术是使用一束电子束对表面样品进行扫描，从而获得高分辨率图像的一种技术。
在扫描过程中，电子束从扫描线的端点上发射出去，扫描到样品的表面，电子束通过样品的表面和各种局部区域，与物体表面上的原子或分子相互作用，会产生大量的反向散射电子，经过多种复杂的反应和多个探测器的探测，最终生成这些反应的电子的像素坐标，就可以获取图像信息。
二、扫描电子显微镜技术应用1. 生物医学扫描电子显微镜技术在生物医学领域中被广泛应用，用于对各种生物样品的特征和分子结构进行研究，如对细胞、细胞器、分子等的研究。
应用扫描电子显微镜技术在医学上已经可以对生物体细胞的结构和分子及其空间的惯性进行观察和分析，拍摄出来的细胞图像可以帮助医生诊断疾病，实现更为完善的治疗决策。
2. 材料科学扫描电子显微镜技术在材料科学领域中被广泛应用，用于研究新材料的结构和特性，如纳米材料、功能材料、晶体材料等。
扫描电子显微镜技术可以更加深入地研究显微结构和成分，例如，扫描透射电子显微镜技术可以研究纳米级别的材料，通过对样品的高清晰显微结构的探测，实现微观级别的成像和分析。
3. 地质科学扫描电子显微镜技术在地质科学领域中被广泛应用，用于矿物、岩石、沉积物、水和大气等样品的分析。
扫描电子显微镜技术可以检测细微结构的变化和成分的差异，利用扫描电子显微镜技术还可以观察岩石、矿物和石油的微观形态，分析化学成分和微观结构，对地球内部的地质相关现象进行研究。
物理实验技术在纳米科技研究中的应用与突破在纳米科技的领域中，物理实验技术是一个不可或缺的工具。
随着科学技术的发展，人类对于纳米尺度材料的研究充满了好奇。
纳米材料与传统材料相比，具有独特的物理和化学性质，显示出许多令人惊叹的特性。
物理实验技术的进步为纳米科技的研究提供了新的方法和手段，促进了纳米科技的发展与突破。
首先，物理实验技术在纳米科技研究中的应用是非常广泛的。
其中之一是扫描探针显微镜技术，例如原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）。
扫描探针显微镜技术可以在纳米尺度下对材料的表面形貌、结构和性能进行研究。
通过这些技术，科学家们可以观察到材料表面的微观特征，进一步了解材料的物理性质。
其次，物理实验技术的发展也带来了纳米材料的制备与表征的突破。
纳米材料的制备是纳米科技研究中的关键环节之一。
通过物理实验技术，科学家们可以控制材料的结构和形貌，制备出具有特定性能的纳米材料。
例如，通过凝胶电泳技术可以制备出具有特定形状和大小的纳米颗粒，而通过磁控溅射技术可以制备出具有特定组分和结构的纳米薄膜。
同时，物理实验技术也为纳米材料的表征提供了更准确和细致的手段。
通过X射线衍射、透射电子显微镜等技术，科学家们可以对纳米材料的晶体结构和晶体缺陷进行表征，从而揭示其物理性质与纳米尺度下的行为规律。
此外，物理实验技术还可以用于研究纳米材料的电子结构和光学性质。
纳米材料的电子结构和光学性质对其性能具有重要影响。
通过光谱技术如紫外可见吸收光谱和拉曼光谱，科学家们可以研究纳米材料的光学性质，例如能带结构、光吸收和发射的特性等。
同时，通过电子能谱仪等技术，科学家们可以研究纳米材料中的电荷输运过程和电子态密度，从而揭示纳米材料的电子结构和输运特性。
最后，物理实验技术的应用也推动了纳米科技在能源领域的突破。
纳米材料在能源存储与转换方面显示出了巨大的潜力。
通过物理实验技术，科学家们可以研究纳米材料的能量转化与传输特性，从而开发高效的能源材料。
扫描电子显微镜及其在材料研究中的应用摘要：本文介绍了扫描电子显微镜的发展、结构特点及工作原理，阐述了扫描电子显微镜在材料研究中的应用。
关键词：扫描电子显微镜；材料研究；应用一、扫描电镜简介1.1扫描电子显微镜分类扫描电镜(Scanning Electron Microscope，简写为SEM)是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术。
扫描电子显微镜的设计思想和工作原理，早在1935年便已被提出来了。
1942年，英国首先制成一台实验室用的扫描电镜，但由于成像的分辨率很差，照相时间太长，所以实用价值不大。
经过各国科学工作者的努力，尤其是随着电子工业技术水平的不断发展，到 1956年开始生产商品扫描电镜。
近数十年来，扫描电镜已广泛地应用在生物学、医学、冶金学等学科的领域中，促进了各有关学科的发展相对于光学显微镜。
扫描电子显微镜有如下七种分类方法：(1)按照电子枪种类分：钨丝枪、六硼化镧、场发射电子枪；(2)按照样品室的真空度分：高真空模式、低真空模式、环境模式；(3)按照真空泵分：油扩散泵、分子泵；(4)按照自动化程度分：自动、手动；(5)按照操作方式分：旋钮操作、鼠标操作；(6)按照电器控制系统分：模拟控制、数字控制；按照图像显示系统分：模拟显像、数字显像[1]。
1.2扫描电子显微镜的特点SEM在分辨率、景深及微分析等方面具有巨大优越性，因而发展迅速，应用广泛。
随着科学技术的发展，使SEM的性能不断提高，使用的范围也逐渐扩大。
扫描电镜测试技术的特点主要有：(1)聚焦景深大。
扫描电子显微镜的聚焦景深是实体显微镜聚焦景深的50倍，比偏反光显微镜则大500倍，且不受样品大小与厚度的影响，观察样品时立体感强。
(2)二次电子扫描图像的分辨率优于100埃，比实体显微镜高200倍。
可以直接观察矿物、岩石等的表面显微结构特征，清晰度好。
(3)放大倍数在14—100000倍内连续可调。
扫描探针显微镜【目的要求】1.学习和了解扫描探针显微镜的结构和原理；2.把握扫描探针显微镜的模式之一---扫描隧道显微镜的操作和调试进程，并以之来观看样品的表面形貌；3.学习用运算机软件来处置原始数据图像。
【仪器用具】扫描探针显微镜、针尖、运算机、光栅样品【原理】扫描探针显微镜是继光学显微镜和电子显微镜进展起来后的第三代显微镜。
80年代初期，IBM公司苏黎世实验室的和发明了扫描隧道显微镜，它的分辨率达到纳米。
STM的诞生，令人类第一次在实空间观测到了原子，并能够在超高真空超低温的状态下操纵原子。
在STM的基础上，又发明了原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等等，这些显微镜都统称扫描探针显微镜。
因为它们都是靠一根原子线度的极细针尖在被研究物质的表面上方扫描，检测搜集针尖和样品间的不同物理量，以此取得样品表面的形貌图像和一些有关的电化学特性。
如：扫描隧道显微镜检测的是隧道电流，原子力显微镜镜测试的是原子间彼此作使劲等等。
光学显微镜和电子显微镜都称之为远场显微镜，因为相对来讲样品离成像系统有比较远的距离。
成像的图像好坏大体取决于仪器的质量。
而扫描探针显微镜的工作原理是基于微观或介观范围的各类物理特性，探针和样品之间只有2-3埃的距离，会产生彼此的作用，是一种彼此阻碍的耦合体系。
咱们称它为近场显微镜。
它的成像质量不单单取决于显微镜本身，专门大程度上受样品本身和针尖状态的阻碍。
因此，咱们在利用这一类的仪器时，要想取得好的图像，关键是要学会分析判定各类图像及现象的产生缘故，然后通过调整参数，取得相对好的图像。
2. 扫描探针显微镜的大体结构(1) 减振系统是仪器有效取得原子图像的必要保证。
有效的振动隔离是STM达到原子分辨率所严格要求的一个必要条件，STM原子图像的典型起伏是埃，所之外来振动的干扰必需小于埃。
有两类振动是必需隔离的：振动和冲击。
振动一样是重复性和持续性的，而冲击那么是瞬态转变的，在二者当中，振动隔离是最要紧。
实验报告课程名称电镜技术成绩姓名学号实验日期2013.4.24 实验名称扫描探针显微镜指导教师一、实验目的与任务1.了解扫描电镜的发展历程及分类2.学习并了解扫描探针显微镜的结构及原理3.掌握扫描探针显微镜的操作步骤4.了解扫描探针显微镜的应用二、实验基本原理1.扫描探针显微镜的发明背景1982年，国际商业机器公司苏黎世实验室的葛·宾尼博士和海·罗雷尔博士及其同事们共同研制成功了世界第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscope,以下简称STM）。
在STM出现以后，又陆续发展了一系列工作原理相似的新型显微技术，包括原子力显微镜（Atomic Force Microscope,以下简称AFM）、横向力显微镜（Lateral Force Microscope,以下简称LFM）等，这类基于探针对被测样品进行扫描成象的显微镜统称为扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope,以下简称SPM）。
2.STM概述（1）STM出现的意义STM的出现使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质。
STM不仅具有很高的空间分辨率（横向可达0.1nm，纵向优于0.01nm），能直接观察到物质表面的原子结构；而且还能对原子和分子进行操纵，从而将人类的主观意愿施加于自然。
可以说STM是人类眼睛和双手的延伸，是人类智慧的结晶。
（2）STM的优点具有原子级高分辨率；可实时地得到在真实空间中表面的三维图象；可观察单个原子层的局部表面结构；可在真空、大气、常温等不同环境下工作，甚至可将样品浸在溶液中，并且探测过程对样品无损伤；配合扫描隧道谱STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有关表面电子结构的信息；利用针尖可以搬迁和操纵单个原子。
（3）STM 的局限性在STM的恒流工作模式下，有时它对样品表面微粒之间的某些沟槽不能够准确探测，与此相关的分辨率较差。
扫描探针显微镜的应用根据扫描探针显微镜的种类及特性,可以了解到它的应用范围十分广泛。
可以研究材料表而的硬度、摩擦力、粘滞力、弹性等力学性能;研究原子与分子形貌,材料表面的形貌、粗糙度以及各种缺陷;可以测量材料的电、磁特性以及热传导性特性;可应用在生命科学方面,还可以进行纳米测量、纳米刻蚀与加工。
1：在有机薄膜材料方面的应用扫描随道显微镜与原子力显微镜都可以对样品的形貌进行表征,可以观察到有机薄膜分子的排列情况,但是扫描隧道显微镜需要样品制备在导电越底匕而有机薄膜自身并不导电,当薄膜比较厚时,会阻碍系统对隧道电流的探测。
对于原子力显微镜则不存在这一限制,有机薄膜可以制备在比较平的云母或硅片上,而且同样可以获得较高分辨率的图像,图1中所示的是在银基底上制备的苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描时工作在非接触区域,采用的是调频模式,图像分辨率达到了分子级别。
从分子尺寸的AFM形貌图上我们可以很清楚的观测到分子间距,依此判断出有机薄膜的致密性。
在大范围(微米量级)从整体上观察薄膜均匀性时,原子力显微镜也比较方便。
图1 苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描范围30nmX30nm 由于有机薄膜的质地比较软,因此在用接触模式扫描时,会因侧向力过大对薄膜造成划伤,因此常常采用轻敲模式进行扫描。
但是我们常常需要通过接触模式下的力曲线测试,对有机薄膜自身的一些力学特性先有一定的了解,比如弹性、粘滞力等,因为这些有机薄膜自身固有的特性也会影响到扫描成像,之后在通过扫描过程中合理化相应的参数,获得高质量的图像。
2：DPN 纳米加工技术Mirkin小组发明了一种成为“dip-pen”的纳米加工技术(图2),AFM针尖被当作“笔”,硫醇分子被当作“墨水”,而基底被当作“纸”,吸附在针尖上的硫醇分子借助于针尖和基底之间的水层被转移到基底上的特定区域。
然而,这种DPN存在一个明显的缺点就是只能把有机分子“写”在基底上,而且保持所生成结构的长期稳定性是一个重要问题。
八年级上册数学学探针
八年级上册数学学探针是一种教学辅助工具，旨在帮助学生更好地理解和掌握数学知识。
它通常包括一系列的练习题和探究活动，学生可以通过解答这些问题来加深对数学概念的理解，并培养解决问题的能力。
使用数学学探针的好处有以下几点：
巩固知识：通过实际操作和练习，学生可以更好地掌握数学基础知识，加深对数学概念的理解。
提高思维能力：学探针中的探究活动可以帮助学生培养逻辑思维、推理能力和创造性思维，提高数学思维能力。
增强学习兴趣：学探针中的问题和活动通常具有趣味性和挑战性，可以激发学生的学习热情和好奇心，增强对数学的兴趣。
培养解决问题的能力：学探针中的问题往往需要学生自己思考、探究和解决，这可以帮助学生培养解决问题的能力，提高自主学习的能力。
适应个性化需求：学探针可以根据学生的不同需求和水平进行个性化学习，适应不同学生的学习需求和发展水平。
使用数学学探针的方法是：
制定学习计划：学生可以根据自己的学习计划和时间安排，合理使用学探针进行学习。
完成练习题和探究活动：学生应该认真完成学探针中的练习题
和探究活动，并注意总结解题思路和方法。
寻求帮助：如果遇到困难或问题，学生可以向老师或同学寻求帮助，共同探讨解决问题的方法。
反思和总结：学生应该及时反思和总结学习过程中的问题和经验，以便更好地掌握数学知识，提高数学思维能力。
物理实验技术对纳米科学研究的推动作用纳米科学是二十一世纪最具前景和潜力的学科之一，其在材料学、医学、环境治理等领域都有着广泛的应用。
而物理实验技术作为纳米科学研究的重要手段之一，在推动纳米科学研究中起着不可忽视的作用。
一、扫描探针显微镜技术扫描探针显微镜技术是物理实验技术中的重要工具，它能够在原子尺度上观测并测量物质的表面形貌、电子结构、磁性等性质。
纳米科学的研究对象通常是材料的纳米结构，因此需使用具有纳米分辨率的显微镜来观察。
通过扫描探针显微镜技术，我们可以研究纳米材料的结构、形态、化学成分以及表面缺陷等，并能够得到高分辨率的图像。
这对于纳米材料的设计、制备和性能调控具有重要的指导意义。
二、纳米颗粒合成技术物理实验技术在纳米颗粒合成中起到了关键作用。
纳米颗粒合成是纳米科学研究的重要环节之一，它对于纳米材料的制备和性能调控具有重要意义。
物理实验技术为纳米颗粒合成提供了丰富的工具，如高温熔融法、溶胶凝胶法、蒸发法等。
这些合成方法通过物理实验技术的应用，可以精确控制纳米颗粒的大小、形状和组成，并调控其表面性质，从而实现对纳米材料的精确设计和调控。
三、纳米电子学技术纳米电子学是纳米科学的一个重要分支领域，它旨在研究纳米尺度下的电子传输和电子器件制备。
物理实验技术在纳米电子学中起到了关键的推动作用。
纳米电子器件的研制过程中，物理实验技术可以提供丰富的测试手段，如原子力显微镜、光电子能谱、电子注入技术等。
这些技术可以测量纳米器件的电子性质，并揭示器件性能与结构之间的关系，从而推动纳米电子学的发展。
四、纳米材料的力学性质研究纳米材料的力学性质研究是纳米科学的重要组成部分之一。
物理实验技术在纳米材料力学性质研究中发挥了重要的作用。
通过使用纳米压痕仪、纳米拉伸仪等实验设备，可以对纳米材料的力学性能进行测试，了解材料的力学响应、硬度、塑性等特性。
这对于纳米材料的设计、制备以及在应用中的性能评价具有十分重要的价值。
