Concept/principe/structuur/kenmerken van scanning-sondemicroscoop
Scanning-sondemicroscoop is een verzamelnaam voor verschillende nieuwe typen sondemicroscopen (atoomkrachtmicroscoop, elektrostatische krachtmicroscoop, magnetische krachtmicroscoop, scanning-ionengeleidbaarheidsmicroscoop, scanning-elektrochemische microscoop, etc.) ontwikkeld op basis van scanning-tunnelingmicroscoop. Het is een oppervlakteanalyse-instrument dat de afgelopen jaren internationaal is ontwikkeld.
Het principe en de structuur van scanning probe-microscopie
Het fundamentele werkingsprincipe van een scanning-sondemicroscoop is het benutten van de interactie tussen de sonde en de oppervlakteatomen en moleculen van het monster, dat wil zeggen het vormen van verschillende fysieke interactievelden wanneer de sonde en het monsteroppervlak zich dicht bij de nanoschaal bevinden. en om de oppervlaktemorfologie van het monster te verkrijgen door overeenkomstige fysieke grootheden te detecteren. De scanning-sondemicroscoop bestaat uit vijf delen: een sonde, een scanner, een verplaatsingssensor, een controller, een detectiesysteem en een beeldsysteem.
De controller verplaatst het monster verticaal en horizontaal door een scanner om de afstand (of fysieke hoeveelheid interactie) tussen de sonde en het monster op een vaste waarde te stabiliseren; Verplaats het monster tegelijkertijd in het xy horizontale vlak, zodat de sonde het oppervlak van het monster langs het scanpad scant. De scannende sondemicroscoop detecteert de relevante fysieke kwantiteitssignalen van de interactie tussen de sonde en het monster door het detectiesysteem, terwijl een stabiele afstand tussen de sonde en het monster wordt gehandhaafd; In het geval van stabiele, op elkaar inwerkende fysieke grootheden, wordt de afstand tussen de sonde en het monster gedetecteerd door een verticale verplaatsingssensor. Het beeldsysteem voert beeldverwerking uit op het oppervlak van het monster op basis van het detectiesignaal (of de afstand tussen de sonde en het monster).
Afhankelijk van de verschillende fysieke interactievelden tussen de sonde en het gebruikte monster, worden scanning-sondemicroscopen onderverdeeld in verschillende series microscopen. Scanning-tunnelingmicroscopie (STM) en atomic force-microscopie (AFM) zijn twee veelgebruikte typen scanning-sondemicroscopen. Een scannende tunnelmicroscoop detecteert de oppervlaktestructuur van een monster door de tunnelstroom tussen de sonde en het te testen monster te meten. Atoomkrachtmicroscopie detecteert het oppervlak van een monster door de micro-cantileververvorming te detecteren die wordt veroorzaakt door de interactiekracht tussen de naaldpunt en het monster met behulp van een foto-elektrische verplaatsingssensor, die aantrekkelijk of afstotend kan zijn.
De kenmerken van scanning probe-microscopie
Scanning-sondemicroscoop is het derde type microscoop dat de structuur van materie op atomaire schaal observeert, naast veldionenmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie. Als we als voorbeeld scanning tunneling microscopie (STM) nemen, bedraagt de laterale resolutie 0.1-0.2 nm, en de longitudinale diepteresolutie is 0.01 nm. Deze resolutie maakt een duidelijke observatie mogelijk van individuele atomen of moleculen verdeeld over het oppervlak van het monster. Ondertussen kan scanning-sondemicroscopie ook worden gebruikt voor observatie en onderzoek in lucht-, andere gas- of vloeistofomgevingen.
Scanning-sondemicroscopen hebben kenmerken zoals atomaire resolutie, atomair transport en nanofabricage. Vanwege de verschillende werkingsprincipes van verschillende scanmicroscopen weerspiegelen de resultaten die ze verkrijgen echter zeer verschillende oppervlakte-informatie van het monster. De scanning tunneling microscoop meet de distributie-informatie van de elektronentrap op het oppervlak van het monster, die een resolutie op atomair niveau heeft maar nog steeds niet de ware structuur van het monster kan verkrijgen. En atomaire microscopie detecteert de interactie-informatie tussen atomen, zodat het de rangschikkingsinformatie kan verkrijgen van de atomaire oppervlakteverdeling van het monster, wat de ware structuur van het monster is. Aan de andere kant kan atoomkrachtmicroscopie geen elektronische toestandsinformatie meten die kan worden vergeleken met de theorie, dus beide hebben hun eigen sterke en zwakke punten.
