探针显微镜技术及其应用学习教案

1、会计学1探针探针(tn zhn)显微镜技术及其应用显微镜技术及其应用第一页，共33页。第2页/共33页第二页，共33页。Dendrimer-like Gold Nanoparticle3 Biomolecular Recognition on Vertically Aligned Carbon Nanofibers1 -Co nanocrystals coated by a monolayer of poly(acrylic acid)-block-polystyrene 2DNA Translocation in Inorganic Nanotubes4Diameter-Dependent

2、Growth Direction of Epitaxial Silicon Nanowires5第3页/共33页第三页，共33页。Gerd.BinnigHeinrich Rohrer第4页/共33页第四页，共33页。 ）第5页/共33页第五页，共33页。然后用这个针尖对待然后用这个针尖对待测样品作一行行的扫测样品作一行行的扫描。他后来也提出了描。他后来也提出了对样品进行压电式扫对样品进行压电式扫描的想法。但由于种描的想法。但由于种种原因，他的工作没种原因，他的工作没有受到注意。有受到注意。直到直到1956年，年，OKeefe重新研究了重新研究了相同的想法。这次，相同的想法。这次，OKeefe研

3、究了光在研究了光在一个一个100埃的狭逢中的埃的狭逢中的传播传播(chunb)，指出，指出了该技术有望达到了该技术有望达到100埃的分辨率。但不幸埃的分辨率。但不幸的是，他断言相关的的是，他断言相关的技术还不成熟，实验技术还不成熟，实验方面的工作还不具有方面的工作还不具有可行性，因此他放弃可行性，因此他放弃了进一步的研究。了进一步的研究。Baez之后用声波的方之后用声波的方法一一核实了这些概法一一核实了这些概念。念。 1972年，年，Ash和和Nicholls两人使用两人使用3cm波长的微波辐射做成波长的微波辐射做成了世界上第一个近场了世界上第一个近场高分辨率扫描显微镜。高分辨率扫描显微镜。他

4、们达到了他们达到了150微米的微米的分辨率（波长的二百分辨率（波长的二百分之一）分之一）. 1981年年IBM的的Gerd.Binnig 和和Heinrich Rohrer制成制成了世界上第一台扫描了世界上第一台扫描隧道显微镜，由此人隧道显微镜，由此人类第一次获得了原子类第一次获得了原子尺度上的图像。二人尺度上的图像。二人因此项工作获得了诺因此项工作获得了诺贝尔奖。自此贝尔奖。自此SPM的的发展日新月异。发展日新月异。第6页/共33页第六页，共33页。面就能记录下来，最终构建出三维的表面面就能记录下来，最终构建出三维的表面图。图。第7页/共33页第七页，共33页。第8页/共33页第八页，共33

5、页。生成千上万倍的变化。生成千上万倍的变化。这些信息输入电子计算这些信息输入电子计算机，经过处理即可在荧机，经过处理即可在荧光屏上显示出一幅物体光屏上显示出一幅物体的三维图像。扫描隧道的三维图像。扫描隧道显微镜一般用于导体和显微镜一般用于导体和半导体表面的测定。半导体表面的测定。第9页/共33页第九页，共33页。幅物体的三维图像。第10页/共33页第十页，共33页。第11页/共33页第十一页，共33页。 HMHM：高分辨光学显微镜；：高分辨光学显微镜；PCMPCM：相反差显微镜；：相反差显微镜；(S)TEM(S)TEM：（扫描）透射电子显微镜；：（扫描）透射电子显微镜；FIM：场离子显微镜；：

6、场离子显微镜；REM：反射电子显微镜：反射电子显微镜 可达可达第12页/共33页第十二页，共33页。 2、可实时(sh sh)地得到实空间中表面的三维图像，可用于具有周期性或不具备周期性的表面结构研究。 应用：可用于表面扩散等动态过程的研究。 第13页/共33页第十三页，共33页。第14页/共33页第十四页，共33页。SFM images of double-stranded DNA (dsDNA) adsorbed on a graphite surface modified with CH3(CH2)11NH2 molecules. Manipulation was performed b

7、y bringing the tip in contact with the surface and moving it in the desired direction, using homemade manipulation hardwire and softwire; (a)ds-plasmid DNA molecules as deposited; (b)after stretching two of them along the arrows (c) after manipulation of the same molecules into triangles; (d)seven-l

8、etter word written with a polydisperse sample of linear dsDNA; (e)magnified view of the square marked in (b); (f)magnified view of the square marked in (c) 11.扫描扫描(somio)探针显微镜的其他应用探针显微镜的其他应用&通过显微镜探针可以操纵和移动单个通过显微镜探针可以操纵和移动单个原子或分子原子或分子第15页/共33页第十五页，共33页。第16页/共33页第十六页，共33页。到象电子显微镜的大到象电子显微镜的大范围连续变焦，

9、定位范围连续变焦，定位和寻找特征结构比较和寻找特征结构比较困难；困难；目前扫描探针显微镜目前扫描探针显微镜中最为广泛使用管状中最为广泛使用管状压电扫描器的垂直方压电扫描器的垂直方向伸缩范围比平面扫向伸缩范围比平面扫描范围一般要小一个描范围一般要小一个数量级，扫描时扫描数量级，扫描时扫描器随样品表面起伏而器随样品表面起伏而伸缩，如果被测样品伸缩，如果被测样品表面的起伏超出了扫表面的起伏超出了扫描器的伸缩范围，则描器的伸缩范围，则会导致系统无法正常会导致系统无法正常甚至损坏探针。因此，甚至损坏探针。因此，扫描探针显微镜对样扫描探针显微镜对样品表面的粗糙度有较品表面的粗糙度有较高的要求；高的要求；由

10、于系统是通过检测由于系统是通过检测探针对样品进行扫描探针对样品进行扫描时的运动轨迹来推知时的运动轨迹来推知其表面形貌，因此，其表面形貌，因此，探针的几何宽度、曲探针的几何宽度、曲率半径及各向异性都率半径及各向异性都会引起成像的失真会引起成像的失真（采用探针重建可以（采用探针重建可以部分克服）。部分克服）。第17页/共33页第十七页，共33页。包括对肖特基势垒的研究，对双层结构共振态的研究，CuPt型阵列的研究，量子点的研究上。第18页/共33页第十八页，共33页。第19页/共33页第十九页，共33页。第20页/共33页第二十页，共33页。第21页/共33页第二十一页，共33页。第22页/共33

11、页第二十二页，共33页。第23页/共33页第二十三页，共33页。第24页/共33页第二十四页，共33页。第25页/共33页第二十五页，共33页。第26页/共33页第二十六页，共33页。第27页/共33页第二十七页，共33页。第28页/共33页第二十八页，共33页。 a)STM image of the short-range ordering of head-to-tail coupled poly(3-dodecylthiophene) on highly oriented pyrolytic graphite (20 20nm); b)calculated model of poly(3-

12、dodecylthiophene) corresponding to the area enclosed in the white square in (a); c) three-dimensional image of 3 showing submolecular resolved chains and folds (9.39.3nm2)6第29页/共33页第二十九页，共33页。(a-c) Time-sequenced constant-current(height mode) STM images showing the nucleation and growth of benzeneth

13、iol (BT) molecules at Pt( ) potentiostated at 0.15V in 0.1M HClO47.第30页/共33页第三十页，共33页。Continuous AFM height images of melt-crystallized poly(R)-3-hydroxybutyric acid (PH3B) thin film before (A) and during (B-F) enzymatic degradation by PHB depolymerase from Ralstonia pickettii T1 at 20 8第31页/共33页第三十一页，共33