De unikke fordele ved scanning probe mikroskop
Da historien udviklede sig til 1980'erne, blev et nyt overfladeanalyse instrument-scanning probe mikroskop (STM) født, som var baseret på fysik og integreret med mange moderne teknologier. STM har ikke kun en høj rumlig opløsning (op til 0,1 nm i vandret retning, men bedre end 0,01 nm i lodret retning), den kan direkte observere atomstrukturen på overfladen af stof, men også manipulere atomer og molekyler, således at påtvinge naturen menneskelig subjektiv vilje. Det kan siges, at scanningsprobemikroskopet er forlængelsen af menneskelige øjne og hænder og krystalliseringen af menneskelig visdom.
Arbejdsprincippet for scanning probe mikroskop er baseret på forskellige fysiske egenskaber i mikroskopisk eller mesoskopisk område, og interaktionen mellem dem detekteres ved at scanne den ultrafine probe med atomær linearitet over overfladen af det undersøgte stof for at opnå overfladen egenskaber ved det undersøgte stof. Hovedforskellen mellem forskellige typer SPM ligger i deres nålespidsegenskaber og de tilsvarende interaktionsmåder for nålespidsprøver.
Arbejdsprincippet kommer fra tunnelprincippet i kvantemekanikken. Dens kerne er en nålespids, som kan scanne på overfladen af prøven, har en vis forspænding med prøven, og dens diameter er atomær skala. Fordi sandsynligheden for elektrontunneling har et negativt eksponentielt forhold til bredden af barrieren V(r), når afstanden mellem nålespidsen og prøven er meget tæt, bliver barrieren mellem dem meget tynd, og elektronskyerne overlapper hver Andet. Når en spænding påføres mellem nålespidsen og prøven, kan elektroner overføres fra nålespidsen til prøven eller fra prøven til nålespidsen gennem tunneleffekten, hvilket danner en tunnelstrøm. Ved at registrere ændringen af tunnelstrømmen mellem nålespidsen og prøven kan information om prøveoverflademorfologi opnås.
Sammenlignet med andre overfladeanalyseteknologier 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, så et enkelt atom kan skelnes.
(2) Det tredimensionelle billede af overfladen i det virkelige rum kan opnås i realtid, som kan bruges til at studere overfladestrukturen med eller uden periodicitet, og denne observerbarhed kan bruges til at studere de dynamiske processer såsom overfladediffusion .
(3) Den lokale overfladestruktur af et enkelt atomlag kan observeres i stedet for de gennemsnitlige egenskaber af et individuelt billede eller hele overfladen, så overfladedefekter, overfladerekonstruktion, formen og positionen af overfladeadsorbenter og overfladerekonstruktion forårsaget af adsorbenter kan observeres direkte.
(4) Det kan arbejde i forskellige miljøer såsom vakuum, atmosfære, normal temperatur osv., Og selv prøven kan nedsænkes i vand og andre opløsninger uden speciel prøveforberedelsesteknologi, og påvisningsprocessen har ingen skade på prøven . Disse karakteristika er særligt velegnede til at studere biologiske prøver og evaluere overfladen af prøver under forskellige eksperimentelle forhold, såsom heterogen katalytisk mekanisme, superledende mekanisme, overvågning af ændringerne af elektrodeoverfladen under elektrokemisk reaktion og så videre.
(5) Med scanning tunneling spektroskopi (STS) kan information om overfladens elektroniske struktur opnås, såsom tætheden af tilstande på forskellige niveauer af overfladen, overfladeelektronfælden, ændringen af overfladebarrieren og energigabets struktur .
