扫描探针显微镜在初中研究性学习中的应用
扫描探针显微镜技术及其应用-精共28页
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。。——孔子
扫描探针显微镜技术及其应用-精
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
扫描探针显微技术及其应用
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)
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
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
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
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。
初探用扫描探针显微镜探究物质的微观结构
的行业 。
图 ７ 钡 铁 氧 磁 畴 图
通 过扫 描探 针显 微镜 真实 地 呈现 奇妙 的微 观 世 界 ， 仅可 以让 学 生探 究微 观世 界 ， 略 自然 的 不 领
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金 属 的结构 ， 能 用 实 验 的方 式 验证 常见 的金 属 就 通 常是 多 晶体 。
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图 ４
金 原 子 团 簇
（ ） 扫 描 隧道 显 微 镜 观 察 硅 的 单 晶 结 构 ３ 用
实 验操 作 步骤 同上 述 两 例 ， 扫描 的硅 原 子 结 构 如 图 ５所 示 。图 中硅原 子 呈规 则 、 周期 性排 列 ，
是 典 型的单 晶体 。所 以单 晶硅被 广泛 地 应用 到 了
边 形 网 状 结 构 排 列
扫描 范 闱 为 ３ ０Ｈｌ ， ０ ｉ 时 扫描 隧道 显微镜 观 测 到 的 ｌ
金 原 子 团 簇 表 面 形 貌 如 图 ４所 示 。 通 过 在 样 片 不 同 位 置 多 次 扫 描 观 测 ，很 容 易 理 解 “由 于 多 晶 体
足许 多单 晶体 杂 孔无 章 的组 成 的 ， 以多 晶体 也 所
将 扫 描 隧 道 显 微 镜 通 电 ， 用 Ｕ Ｂ线 连 接 控 Ｓ 制 器 和 电脑 ：将 样 品 俞置 于 扫 描 头 的支 架 上 ， 推 动 钉 墨 样 片 慢 慢 趋 近 针 尖 。 点 击 计 算 机 桌 面 上 软 件 的 快 捷 方 式 标 启 动 系 统 。 单 击 ‘ 位 窗 ‘ 定
纳米技术基础课件 第3课 扫描探针显微镜原理及应用
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微纳米实验室
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4.1 磁力显微镜
磁力显微镜(magnetic force microscope, MFM) 是AFM的一 个分支，是在 AFM 的基础上发展演化而来的。典型的 MFM针尖是在Si或Si3N4针尖上包覆一层磁性薄膜，使针 尖具有磁性，因而在对样品进行扫描时能感受到样品杂 散磁场的微小作用力，探测这个力就能得到产生杂散磁 场的表面磁结构的信息。对MFM来说，针尖样品间作用 力主要包括范德华力和磁力。在针尖－样品间距离很近 时，以范德华氏力占主导；当针尖－样品间距离较远时 （~100nm 以上） ，磁力占主导。
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AFM扫描方式
轻敲模式：AFM轻敲扫描
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AFM扫描方式
轻敲模式：AFM相位成像
细菌细胞扫描图像: (a)高度图, (b)相位图
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AFM扫描方式
非接触模式
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3.2 原子力显微镜(AFM)
宾尼等人1986年发明的第 一台原子力显微镜原理
1988年，Meyer和Amer用激光反射法(Laser beam deflection) 代替原先的 STM 针尖检测 法，这成为现有AFM的标准检测方法。
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AFM的探针
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微纳米实验室
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尽管压电陶瓷驱动器具有分辨率高、响应快等优点，但 由于材料内部微粒极化原因及分子间摩擦力等特点，导 致其也有一些固有的缺点： • 迟滞/非线性 • 蠕变 • 温漂
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能将 所观 察 到的原 子或 分 子 形 成 三维 图像 ， 时 实
反应 微观 物质 的真 实形貌 与结 构 。扫描探 针显 微
镜是 研究 纳米 科技 的重 要 仪 器 ， 因此将 其 引 入 中 学物 理教 学有 助于 学生更 好地 理解 与体会 纳米 科 技 的知识 与 研究 方 法 。为 此 ， 们 对北 京 一 所 中 我
层 的势 垒高 于针 尖 与样 品 间隙 的 势 垒 ， 会 导 致 将
在 针尖 和样 品间 产 生 隧道 电流 之 前 ， 二者 就 发 生 接触 ， 即撞针 。 本实 验 中采用 扫描 隧道显 微镜 常用 的铂铱 合 金铂 材料 。铂 虽软 ， 但不 易被 氧化 ， 在铂 中加入 少 量 铱形成 的铂 铱 合 金丝 ， 除保 留 了不 易被 氧 化 的 特性 外 ， 刚性 也得 到 了增 强 。为 了得 到锐 利 的 其
尖 扫描 出 的图像 。
扫描 隧道 显微 镜是 利用 量子力 学 中的隧 道效
应 设计 的。 当通 过 针尖接 近物 体表 面原子 时会 产 生隧穿 电流 ， 过 隧 穿 电 流 的变 化 反 映 固体 表 面 通 的形 貌变 化 ， 而得 到物 体 表 面 的 图像 。 由于 用 从 扫描 隧道 显微镜 获 得石 墨表 面原子 图像 的实验 较
学 中初一 年级 的部 分学 生开展 了为 期一周 的主题 为“ 纳米科 技 与扫描 探针 显微 镜 ” 的研 修 活动 。
１ 扫 描 隧 道 显 微 镜 在 教 学 中 的 应 用
针 尖 ， 实验 中我 们 对 铂 铱合 金 丝 用 机械 剪 切 的 在
方 法成 型 ， 图 １ 见 。图 ２ ａ为学 生 用 扫描 隧道 显 微 镜 获得 的石 墨表 面 原 子 图像 。图 ２ ｂ为剪 针 不 够
扫 描 探 针 显 微 镜 在 初 中研 究 性 学 习 中 的 应 用
口 鲍 亚 培 郭 晓 萍 何 万能
１ ．教 育部 教 学仪器 研 究所 １０ ８ ； ．苏州 海兹 思纳 米科技 有 限公 司 ２ ５ ２ ０ ００ ２ １１３
扫 描 探 针 显 微 镜 （ ｃｎ ｉｇＰｏｅＭｉ ｏｃｐ ， Ｓ ａ ｎ ｒｂ ｃ ｓｏ ｅ ｎ ｒ
自动手 ， 就不可 能有 新发 现 。 那
参 考 文 献
１ 严 宣 申． 于 明 矾 净 水 ， 关 化学 教 育 ，０ ３ ５ ：２ ２ ０ （ ）４ （ 收稿 日期 ：０ ２ ｝—４ ２ １ ４５１ ）
客观地 说 ， 人 的认识 或 多或少 有不 完善 、 前 有 不 够周 全 的地方 ， 而给 我们 留下 了创新 的空 间 。 从 这 就需 要 我们 实实 在在地 去再 实践 ， 再认识 ， 去补 充 和 完善 。若 是 我 们 看不 上 这 些 简单 的小 实 验 ，
形 成清 晰 、 定 的 图像 。针尖 材 料 需要 有 极 高 的 稳 化 学稳定 性 ， 而保 证势 垒 的稳定 。例如 ， 尖 的 从 针 表 面若产 生 氧化层 ， 会导 致势 垒 的变 化 ， 如果 氧化
Ｓ Ｍ） 扫 描 隧 道 显 微 镜 及 在 扫 描 隧 道 显 微 镜 Ｐ 是
为 复 杂 ， 此 实 验 中 将 ３或 ４名 学 生 分 为 一 组 ， 因 在
一 加
图 １ 勇 针
（ ） 品 的 驱 近 ２样
教师 的指 导下 团 队协作进 行 实验 。
（ ） 尖 的制备 １针
在 实验 中， 品 的驱 近是 操 作 中需 要 注 意 的 样 步骤 。样 品的驱 近 主 要 分手 动 推 进 、 达粗 调驱 马
产 生 的隧 道 电流就 比较 稳 定 ， 成 的 图像 也 就 比 形
较清晰； 如果针 尖 的 尖 端有 不 止 一 个原 子 则 不 能
认 为 是 很 简 单 的 问 题 （ 不 能 使 Ｂ：水 、 ｒ 苯 ｒ Ｂ
（ Ｃ 溶 液 褪色 ） 其 实并不 简单 。 Ｃ １） ，
或 是仅 在那 里坐 而论道 ， 是眼 高手低 ， 或 不屑 于 亲
（ Ｔ 的基础 上发 展起来 的各 种新 型探针 显微 镜 Ｓ Ｍ）
（ 子力 显微镜 Ａ Ｍ， 光力 显微 镜 Ｌ Ｍ， 力 显 原 Ｆ 激 Ｆ 磁 微镜 ＭＦ 等 等 ） Ｍ 的统称 ， 国际 上 近年 发展 起 来 是
的表面分 析仪 器 。扫描探 针显 微镜 的发 明使 人类 对物 质世 界 的观察 尺度 第 一 次 到 达 了纳 米 层 次 ，
・
２ ８ ・
Ｅ ｕ ａｉ ｑ ｉ ｍｅ ｔＡ ｄ Ｅｘ ｅｉ ｏ ｍｅ ｔＶｏ ． ８，Ｎ ． ０，２ １ ｏ １ ０ ２
生 物 新 课 程 实验 园地 （ 栏 ） 专
北京 川布 兰生物 技术 开发 有 限公 司 承办
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２ 教学 实验 探索｛
、 ０
不 同条 件 保 存 和 烹 饪 对 维 生 素 Ｃ含 量 的 影 响
口 刘振 锋 程 惠 贞 陈 进
１ ．广 州 市番 禺 区大 岗中学 ５ １ ７ ２ １ ４ ０ ．广 州大 学 生物 系 ５ ０ ０ １４ ５
实验 中扫 描隧 道显微 镜探 针 的制备 是实 验能
否成 功 的关键 ， 尖 的形 状 和化 学 稳 定性 影 响实 针 验 的结果 。如 果 针 尖 的尖 端 只 有 一个 原 子 ， 么 那
近（ 推进 ） 和马 达 自动驱 近 （ 针 ） 种 。三 种 驱 下 三
近方式 的精 度是 依 次 提 高 的 ， 两 种 驱 近 方 式 为 前 人 工操 作 ， 需要 随时 观察样 品与针 尖之 间 的距 离 ， 避 免撞 针 的 发 生 。最 后 一 种 驱 近 方 式 是 自动驱 近， 每次 驱 近样 品仅移 动几 纳米 ， 终达 到产 生 隧 最