Særlige fordele ved scanningprobemikroskopi
De unikke fordele ved scanning probe mikroskop Forord:
Da historien udviklede sig til 1980'erne, blev en ny type overfladeanalyseinstrument baseret på fysik og integration af en række moderne teknologier født - scanning probe microscope (STM). STM har ikke kun en meget høj rumlig opløsning (op til 0,1 nm i vandret retning, bedre end 0,01 nm i lodret retning), den kan direkte observere den atomare struktur af materialeoverfladen, og den kan også manipulere atomer og molekyler, så den menneskelige Subjektiv vilje påtvinges naturen. Det kan siges, at scanningsprobemikroskopet er forlængelsen af menneskelige øjne og hænder og krystalliseringen af menneskelig visdom.
Funktionsprincippet for scanningprobemikroskopet er baseret på forskellige fysiske egenskaber i det mikroskopiske eller mesoskopiske område og detekterer interaktionen mellem de to, når man scanner overfladen af stoffet, der skal undersøges af en atomisk tynd sonde, for at opnå To studerer stoffets overfladeegenskaber, den største forskel mellem de forskellige typer SPM er deres spidsegenskaber og deres tilsvarende måder, hvorpå spidsen interagerer med prøven.
Arbejdsprincippet kommer fra tunnelprincippet i kvantemekanikken. Dens kerne er en nålespids, der kan scanne på overfladen af prøven, har en vis forspænding med prøven og har en diameter på atomær skala. Da sandsynligheden for elektrontunneling har et negativt eksponentielt forhold til bredden af potentialbarrieren V(r), når afstanden mellem spidsen og prøven er meget tæt, bliver potentialbarrieren mellem dem meget tynd, og elektronskyerne overlapper hinanden. hinanden. Når en spænding påføres, kan elektroner overføres fra spidsen til prøven eller fra prøven til spidsen gennem tunneleffekten, hvilket danner en tunnelstrøm. Ved at registrere ændringen af tunnelstrømmen mellem nålespidsen og prøven kan informationen om prøvens overfladetopografi opnås.
Sammenlignet med andre overfladeanalyseteknikker har SPM unikke fordele:
(1) Den har høj opløsning på atomniveau. Opløsningen af STM i retningen parallel med og vinkelret på prøveoverfladen kan nå henholdsvis 0.1nm og 0.01nm, og enkelte atomer kan opløses.
(2) Det tredimensionelle billede af overfladen i det virkelige rum kan opnås i realtid, som kan bruges til undersøgelse af periodisk eller ikke-periodisk overfladestruktur. Denne observerbare ydeevne kan bruges til studiet af dynamiske processer såsom overfladediffusion.
(3) Det er muligt at observere den lokale overfladestruktur af et enkelt atomlag snarere end det individuelle billede eller de gennemsnitlige egenskaber af hele overfladen, således at overfladedefekter, overfladerekonstruktion, morfologien og positionen af overfladeadsorbenter, og ændringer forårsaget af adsorbenter kan observeres direkte. Overfladerekonstruktion mv.
(4) Det kan arbejde i forskellige miljøer såsom vakuum, atmosfære og normal temperatur og endda nedsænke prøven i vand og andre opløsninger uden speciel prøveforberedelsesteknologi, og påvisningsprocessen vil ikke beskadige prøven. Disse funktioner er særligt velegnede til undersøgelse af biologiske prøver og evaluering af prøveoverflader under forskellige eksperimentelle forhold, såsom overvågning af heterogene katalytiske mekanismer, superledende mekanismer og elektrodeoverfladeændringer under elektrokemiske reaktioner.
(5) Ved at samarbejde med STS (Scanning Tunneling Spectroscopy) kan der opnås information om overfladens elektroniske struktur, såsom tætheden af tilstande på forskellige niveauer af overfladen, overfladeelektronbrønde, ændringer i overfladepotentialebarrierer og energigab-strukturer.
