《扫描探针显微镜》课件.pptxVIP

《扫描探针显微镜》课件简介本课件旨在全面介绍扫描探针显微镜的工作原理、结构组成和应用领域。通过生动形象的图示和详细的文字说明,让学习者深入了解这一新兴的高分辨率表面成像技术,掌握其在纳米尺度下观察和测量样品结构形貌的独特优势。T.byTRISTravelThailand.

扫描探针显微镜的历史1981年诞生扫描探针显微镜由IBM苏黎世研究实验室的GerdBinnig和HeinrichRohrer在1981年发明,开创了高分辨率表面成像的新时代。重大突破他们成功研制出世界上第一台扫描隧道显微镜,能够在原子级分辨率下观察金属表面,获得1986年诺贝尔物理学奖。持续创新之后,基于扫描隧道显微镜的概念,陆续出现了原子力显微镜、磁力显微镜等多种扫描探针显微镜技术。

扫描探针显微镜的工作原理1探针扫描探针与样品表面间的微小相互作用2信号检测利用压电陶瓷元件精准测量探针位移3图像重建计算机控制驱动器精确控制探针扫描扫描探针显微镜通过高精度的探针对样品表面进行逐点扫描,探针与样品表面间的微弱相互作用信号被检测并放大,再由计算机复原成高分辨率的表面图像。这一工作原理使得扫描探针显微镜能够实现纳米尺度下的精确表征。

扫描探针显微镜的主要组成部分探针单元由尖端极细的探针和精密的压电控制系统组成,负责与样品表面进行微小相互作用。防振系统采用隔振台和缓冲减震装置,确保探针能够稳定扫描并避免外部干扰。显控系统由计算机、数据采集卡和专用软件构成,负责实时采集和处理探针信号,重建表面形貌。扫描单元包括用于精确定位探针的压电陶瓷扫描装置,实现对样品表面的逐点扫描。

探针的种类和特点金属针探针由极细的金属线制成,尖端直径仅几纳米,能提供原子级分辨率。但容易磨损,需要频繁更换。石英针探针采用石英玻璃材料制作,具有优异的机械强度和热稳定性。能够在高温、腐蚀环境下稳定工作。碳纳米管探针尖端为单壁碳纳米管,直径小于1纳米,能观察更小尺度的表面形貌。并具有良好的电学和机械性能。

扫描探针显微镜的成像方式1扫描模式对样品表面进行逐点扫描2探针-样品相互作用探针感受样品表面的微小相互作用力3信号检测利用压电陶瓷检测探针位移变化4图像重建计算机处理数据并生成表面拓扑图扫描探针显微镜通过探针对样品表面逐点扫描,探针与样品间的微弱相互作用会引起探针位移变化。这种位移变化被压电陶瓷精准检测,并由计算机处理成为高分辨率的表面拓扑图像。这种成像方式可以实现亚纳米级的分辨率。

扫描探针显微镜的成像过程1逐点扫描探针在计算机精确控制下,对样品表面进行细密的逐点扫描。2探针-样品相互作用探针与样品表面之间产生微弱的静电力、范德华力等相互作用力。3信号检测压电陶瓷元件实时监测探针位移变化,并将其转换为电信号。4图像重建计算机对收集的探针位移数据进行处理,重建出样品表面的高分辨率拓扑图。

扫描探针显微镜的成像分辨率1亚纳米分辨率扫描探针显微镜能够实现0.1纳米左右的分辨率,达到原子级水平。2高尺度灵活性从原子-分子水平到微米尺度,都能进行精细表征和成像。33D形貌重建通过逐点扫描,可以获得样品表面的三维拓扑图像。扫描探针显微镜凭借其独特的成像机理,可以实现远超传统光学显微镜的超高分辨率成像。其成像分辨率可达亚纳米级,为研究物质的微观结构提供了极为强大的可视化工具。同时它还具有从原子尺度到微米尺度的灵活观察范围,以及三维拓扑成像的能力。

扫描探针显微镜的应用领域1纳米材料表征可对纳米级薄膜、纳米线、碳纳米管等纳米结构进行高分辨率成像和分析。2生物医学研究能观察细菌、病毒、DNA等生物分子的微小结构,在医学诊断和生物工程领域有广泛应用。3表面物理化学可用于研究固体表面的原子构造、化学成分、电子结构等性质,在材料科学领域广泛使用。4薄膜沉积过程可对薄膜沉积过程中的样品表面变化进行实时监控和测量,对薄膜制备优化很有帮助。

扫描隧道显微镜的工作原理量子隧道效应扫描隧道显微镜利用探针与样品表面之间的量子隧道效应来检测微小距离变化。电子隧穿电流当探针与样品表面之间的距离小于几个纳米时,电子会发生隧道效应产生微弱电流。探针扫描成像扫描装置精确控制探针在样品表面上进行逐点扫描,通过检测隧道电流变化来重建表面形貌。

扫描隧道显微镜的成像特点高分辨率扫描隧道显微镜可以实现亚纳米级的分辨率,能观察到原子级别的表面结构。三维成像通过逐点扫描,可以重建出样品表面的精细三维拓扑图像。电子结构检测利用隧道电流变化,可以获取样品表面的电子结构信息。超高真空应用扫描隧道显微镜可在超高真空环境下工作,适用于研究清洁表面。

原子力显微镜的工作原理1微小探针原子力显微镜使用尖端极细的探针,探针末端甚至只有单个原子。2探针-样品相互作用探针靠近样品表面时,会感受到极微弱的原子间作用力,如排斥力和吸引力。3力感应与反馈精密的压电陶