Konsept/Prinsipp/Struktur/Funksjoner av skanneprobemikroskop
Skannesondemikroskop er en samlebetegnelse for ulike nye typer sondemikroskop (atomkraftmikroskop, elektrostatisk kraftmikroskop, magnetisk kraftmikroskop, skanningionekonduktivitetsmikroskop, skanningselektrokjemisk mikroskop, etc.) utviklet på grunnlag av skanningstunnelmikroskop. Det er et overflateanalyseinstrument utviklet internasjonalt de siste årene.
Prinsippet og strukturen til skanningsprobemikroskopi
Det grunnleggende arbeidsprinsippet for et skanningsprobemikroskop er å utnytte samspillet mellom sonden og overflateatomene og molekylene i prøven, det vil si å danne ulike fysiske interaksjonsfelt når sonden og prøveoverflaten er nær nanoskalaen, og å oppnå overflatemorfologien til prøven ved å detektere tilsvarende fysiske mengder. Skanneprobemikroskopet består av fem deler: en sonde, en skanner, en forskyvningssensor, en kontroller, et deteksjonssystem og et bildesystem.
Kontrolleren beveger prøven vertikalt og horisontalt gjennom en skanner for å stabilisere avstanden (eller den fysiske interaksjonsmengden) mellom sonden og prøven til en fast verdi; Flytt prøven samtidig i xy horisontalplanet, slik at sonden skanner overflaten av prøven langs skanningsbanen. Skanneprobemikroskopet detekterer de relevante fysiske kvantitetssignalene for interaksjonen mellom sonden og prøven av deteksjonssystemet mens det opprettholdes en stabil avstand mellom sonden og prøven; Ved stabile fysiske mengder som samvirker, detekteres avstanden mellom sonden og prøven av en vertikal forskyvningssensor. Bildesystemet utfører bildebehandling på overflaten av prøven basert på deteksjonssignalet (eller avstanden mellom sonden og prøven).
I henhold til de forskjellige fysiske interaksjonsfeltene mellom sonden og prøven som brukes, er skanningsprobemikroskoper delt inn i forskjellige serier av mikroskop. Skannetunnelmikroskopi (STM) og atomkraftmikroskopi (AFM) er to ofte brukte typer skanningsprobemikroskoper. Skannetunnelmikroskop oppdager overflatestrukturen til en prøve ved å måle tunnelstrømmen mellom sonden og prøven som testes. Atomkraftmikroskopi detekterer overflaten av en prøve ved å oppdage mikroutkragedeformasjonen forårsaket av interaksjonskraften mellom nålespissen og prøven ved hjelp av en fotoelektrisk forskyvningssensor, som enten kan være attraktiv eller frastøtende.
Egenskapene til skanningsprobemikroskopi
Skanneprobemikroskop er den tredje typen mikroskop som observerer strukturen til materie på atomskala, i tillegg til feltionemikroskopi og høyoppløselig transmisjonselektronmikroskopi. Med skannetunnelmikroskopi (STM) som et eksempel, er dens laterale oppløsning 0.1-0.2nm, og dens langsgående dybdeoppløsning er 0.01nm. Denne oppløsningen tillater tydelig observasjon av individuelle atomer eller molekyler fordelt på overflaten av prøven. I mellomtiden kan skanningsprobemikroskopi også brukes til observasjon og forskning i luft, andre gass- eller væskemiljøer.
Skanneprobemikroskoper har egenskaper som atomoppløsning, atomtransport og nanofabrikasjon. På grunn av de forskjellige arbeidsprinsippene til forskjellige skanningsmikroskoper, gjenspeiler resultatene de oppnår svært forskjellig overflateinformasjon til prøven. Skannetunnelmikroskopet måler distribusjonsinformasjonen til elektronstadiet på overflaten av prøven, som har atomnivåoppløsning, men som fortsatt ikke kan oppnå den sanne strukturen til prøven. Og atommikroskopi oppdager interaksjonsinformasjonen mellom atomer, slik at den kan få informasjon om arrangementsinformasjonen til prøvens overflateatomfordeling, som er den sanne strukturen til prøven. På den annen side kan ikke atomkraftmikroskopi måle elektronisk tilstandsinformasjon som kan sammenlignes med teori, så begge har sine egne styrker og svakheter.
