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纳米研究推动新型显微镜技术发展

作者: 来源: 日期:2018-2-1 15:01:48 人气:272
    推动探针显微镜发展的纳米技术
    光学显微镜,解析度受到波长影响,因为可见光范围350-700 nm,人的眼睛可以看到的极限大概是毫米(mm),到了微米尺寸 譬如细胞就必须借助显微镜。但是光学显微镜对纳米世界就显得无能为力所以纳米技术推动新的显微镜技术开始蓬勃发展,像最近发展迅速发展的电子显微镜技术(Electron microscope),利用电子来代替光线观察物品。还有一种是机械式显微镜,利用探针在物品表面扫描移动,探针和物体表面的交互作用变化来「描述」物体表面,称为扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope)。
    常见的扫描探针显微镜有:原子力显微镜(Atomic Force Microscope, AFM)和扫描穿隧显微镜(Scanning Tunneling Microscope, STM)。

    什么事原子力显微镜:由Binnig等人於1986年所发明的原子力显微镜,其以原子力场作回馈,主要原理系藉由针尖与待测物体表面的原子作用力,使悬臂梁产生微细位移,以测得待测物体表面结构,对导体及绝缘体均有三维空间原子级解像能力,可应用於多种材料表面检测,并能在真空、气体或液体环境中操作。
当原子与原子很接近时,彼此电子云斥力的作用大於原子核与电子云之间的吸引力作用,利用此原子斥力的变化而产生表面结构为接触式原子力显微镜(contact AFM),探针与试片的距离约数个  ;反之若两原子分开有一定距离时,其电子云斥力的作用小於彼此原子核与电子云之间的吸引力作用,利用此原子引力的变化而产生表面结构为非接触式原子力显微镜(non-contact AFM),探针与试片的距离约数十到数百 ;亦可将两者改良为间歇接触式(或称为轻敲式( intermittent contact or tapping)原子力显微镜(tapping AFM))。IBM科学家利用原子力显微镜(AFM)取得单个分子的3D影像。这项技术能像X光机穿透肌肉拍摄骨骼影像般,看透电子云并观察到分子的「原子骨干」,并让科学家建构出直径只有1.4 nm的有机分子五苯(pentacene)的「力图」(force map)。AFM技术让我们「看」到了原子。

     什么是扫描穿隧显微镜,它是一种利用量子力学的穿隧效应探测物质表面结构的显微镜,藉由一支钨金属探针,探针针尖和物质表面通电形成穿隧电流,由於穿隧电流大小严重受物质表面高低影响,如果要保持穿隧电流的稳定,针尖必须紧贴着物质表面随其高低起伏,依此得到物体表面的「地形图」;或是保持针尖的位置,纪录穿隧电流的变化,都可以得到物体表面的影像。

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