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显微探测技术的应用领域

来源:https://www.xiutupi.com 发布时间:2021-10-11热度:

先进材料的研究与开发是支持新兴科学技术的基础,而先进材料研究与开发的最基本和最重要的问题是弄清其结构。
但是人类仅仅用眼睛和双手认识和改造世界是有限的。
例如,人眼能够直接分辨的最小间隔大约为o.07毫米,人的双手虽然灵巧,但不能对微小物体进行精确地控制和操纵。

但是人类的思想及其创造性是无限的,当历史发展到20世纪80年代,一种以物理学为基础、集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器——扫描隧道显微镜(STM)诞生了。
STM是一种基于量子隧道效应的新型高分辨率显微镜,它的工作原理是将极细的针尖和被研究物质表面作为两个电极,当施一电压于两电极之间,并使两极间距离足够接近,达到数埃(A)时,由于量子效应,将有隧道电流产生于两极之间。

当探针在样品表面扫描移动时,由于表面电子形态的变化,其隧道电流值将发生改变。
如将其信号收集并加以处理,则可得到样品表面的三维空间结构及电子形态的信息。
STM的分辨率极高,纵向不低于0.0l纳米,水平不低于0.1纳米,实现了人们“看”原子或分子的梦想。
最初的sTM工作主要集中于超高真空之中,用此技术第一次观察到了硅(111)表面的重构组织,从而轰动了整个科学界。

STM不仅具有很高的空间分辨率,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。
基于STM的基本原理,随后又发展起来一系列扫描探针显微镜(SPM),如场离子显微镜(HM)、原子力显微镜(AFM)、扫描力显微镜(SFM)、弹道电子发射显微镜(邢EM)和扫描近场光学显微镜(SNOM)等。

这些新型显微技术都是利用探针与样品的不同相互作用来探测表面或界面在纳米尺度上表现出的物理性质和化学性质。
通过上述显微分析技术可以研究各种材料的微观组织形态,各个组成相之间的取相关系和界面状态以及晶体缺陷等的科学,它的应用面涉及各个研究领域,如生物医学、物理、化学、半导体材料、材料科学、陶瓷和矿物等各类固体样品。
众所周知,任何一种材料的宏观性能或行为,都是由其微观组织结构所决定的。

从近代发展的观点来看,为了比较透彻地描述或鉴定材料的组织结构,必须对它的化学成分、元素分布和组成相的形貌(包括形状、大小和分布)等有一个正确和全面的了解,因为所有这些方面的特征,都对材料的宏观性能有着十分敏感的影响。

采用显微分析技术,特点就是将具有一定能量的电磁波(x射线、电子波或离子)入射到样品上,通过与样品的物质相互作用,激发表征材料微观组织结构特征的各种信息,检测并处理这些信息,从而给出纳米材料的形貌、成分和结构的丰富资料。

显微探测技术的应用领域第1张图

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