Īpašas skenēšanas zondes mikroskopijas priekšrocības
Skenējošās zondes mikroskopa unikālās priekšrocības Priekšvārds:
Kad vēsture attīstījās līdz 1980. gadiem, radās jauna veida virsmas analīzes instruments, kas balstīts uz fiziku un integrējot dažādas mūsdienu tehnoloģijas - skenēšanas zondes mikroskops (STM). STM ir ne tikai ļoti augsta telpiskā izšķirtspēja (līdz 0,1 nm horizontālā virzienā, labāka par O, 01 nm vertikālā virzienā), tā var tieši novērot materiāla virsmas atomu struktūru, kā arī var manipulēt ar atomiem un molekulas, lai dabai tiktu uzspiesta cilvēka Subjektīvā griba. Var teikt, ka skenējošās zondes mikroskops ir cilvēka acu un roku pagarinājums un cilvēka gudrības kristalizācija.
Skenējošās zondes mikroskopa darbības princips ir balstīts uz dažādām fizikālām īpašībām mikroskopiskā vai mezoskopiskā diapazonā, un tas nosaka mijiedarbību starp abiem, skenējot pētāmās vielas virsmu ar atomiski plānu zondi, lai iegūtu pētot vielas virsmas īpašības, galvenā atšķirība starp dažādiem SPM veidiem ir to uzgaļa īpašības un atbilstošie veidi, kā gals mijiedarbojas ar paraugu.
Darbības princips nāk no tuneļu principa kvantu mehānikā. Tās kodols ir adatas gals, kas var skenēt parauga virsmu, tam ir noteikts nobīdes spriegums ar paraugu un atomu mēroga diametrs. Tā kā elektronu tunelēšanas varbūtībai ir negatīva eksponenciāla sakarība ar potenciālās barjeras platumu V(r), tad, kad attālums starp galu un paraugu ir ļoti tuvs, potenciālā barjera starp tiem kļūst ļoti plāna un elektronu mākoņi pārklājas. viens otru. Kad tiek pielikts spriegums, elektronus var pārnest no gala uz paraugu vai no parauga uz galu caur tuneļa efektu, veidojot tuneļa strāvu. Reģistrējot tuneļa strāvas izmaiņas starp adatas galu un paraugu, var iegūt informāciju par parauga virsmas topogrāfiju.
Salīdzinot ar citām virsmas analīzes metodēm, SPM ir unikālas priekšrocības:
(1) Tam ir atomu līmeņa augsta izšķirtspēja. STM izšķirtspēja virzienā paralēli un perpendikulāri parauga virsmai var sasniegt attiecīgi 0.1nm un 0.01nm, un var izdalīt atsevišķus atomus.
(2) Reālā laikā var iegūt virsmas trīsdimensiju attēlu reālajā telpā, ko var izmantot periodiskas vai neperiodiskas virsmas struktūras izpētei. Šo novērojamo veiktspēju var izmantot dinamisku procesu, piemēram, virsmas difūzijas, izpētei.
(3) Ir iespējams novērot atsevišķa atoma slāņa lokālo virsmas struktūru, nevis atsevišķu attēlu vai visas virsmas vidējās īpašības, lai varētu novērot virsmas defektus, virsmas rekonstrukciju, virsmas adsorbentu morfoloģiju un novietojumu, var tieši novērot adsorbentu izraisītās izmaiņas. Virsmas rekonstrukcija utt.
(4) Tas var darboties dažādās vidēs, piemēram, vakuumā, atmosfērā un normālā temperatūrā, un pat iegremdēt paraugu ūdenī un citos šķīdumos bez īpašas parauga sagatavošanas tehnoloģijas, un noteikšanas process nesabojās paraugu. Šīs īpašības ir īpaši piemērotas bioloģisko paraugu izpētei un paraugu virsmu novērtēšanai dažādos eksperimentālos apstākļos, piemēram, heterogēnu katalītisko mehānismu, supravadīšanas mehānismu un elektrodu virsmas izmaiņu monitoringam elektroķīmisko reakciju laikā.
(5) Sadarbojoties ar STS (Scanning Tunneling Spectroscopy), var iegūt informāciju par virsmas elektronisko struktūru, piemēram, stāvokļu blīvumu dažādos virsmas līmeņos, virsmas elektronu akas, virsmas potenciālu barjeru izmaiņas un enerģijas spraugu struktūras.
