掃描探針顯微技術理論與應用

第1章 顯微鏡的發(fā)展歷史1
1.1 光學顯微鏡1
1.2 電子顯微鏡6
1.3 掃描探針顯微鏡11
參考文獻20
第2章 掃描隧道顯微鏡22
2.1 歷史發(fā)展22
2.2 STM的原理與結構28
2.2.1 量子隧道效應28
2.2.2 壓電效應與壓電陶瓷31
2.3 STM的系統(tǒng)組成33
2.3.1 探針掃描系統(tǒng)33
2.3.2 STM針尖的制備與處理35
2.3.3 電流檢測與反饋系統(tǒng)38
2.3.4 針尖趨近系統(tǒng)38
2.3.5 振動隔離系統(tǒng)40
2.3.6 數(shù)據(jù)處理與顯示系統(tǒng)41
2.4 STM工作模式42
2.4.1 基本模式42
2.4.2 衍生模式44
2.5 STM的發(fā)展49
參考文獻51
第3章 原子力顯微鏡53
3.1 簡介53
3.2 AFM原理與結構57
3.2.1 AFM與STM原理之比較57
3.2.2 AFM的組成58
3.3 AFM力監(jiān)測器59
3.3.1 力傳感器60
3.3.2 光電檢測器68
3.4 AFM的工作模式69
3.4.1 接觸模式71
3.4.2 非接觸模式72
3.4.3 輕敲模式72
3.4.4 相位成像模式73
3.4.5 輕敲抬高模式77
3.5 力距離曲線77
參考文獻83
第4章 掃描近場光學顯微鏡86
4.1 歷史87
4.2 原理與結構90
4.2.1 近場與遠場90
4.2.2 SNOM結構93
4.3 SNOM探針96
4.3.1 光纖探針的基本結構96
4.3.2 探針形狀與小孔粗糙度97
4.3.3 SNOM探針的制備98
4.4 針尖樣品間距離的控制102
4.4.1 SNOM的工作模式102
4.4.2 SNOM的襯度類型103
4.4.3 SNOM針尖樣品間距離的控制方法105
4.5 商用SNOM107
4.6 應用108
4.6.1 高分辨率光學成像108
4.6.2 數(shù)據(jù)存儲111
4.6.3 局域光譜111
4.6.4 生命科學應用及單個分子探測112
參考文獻115
第5章 其他掃描探針顯微鏡118
5.1 磁力顯微鏡119
5.1.1 MFM工作原理119
5.1.2 MFM與其他顯微鏡的比較120
5.1.3 MFM的應用121
5.2 靜電力顯微鏡125
5.2.1 EFM原理125
5.2.2 EFM的應用127
5.2.3 掃描電容顯微鏡128
5.3 摩擦力顯微鏡129
5.4 掃描熱顯微鏡133
5.5 掃描離子電導顯微鏡135
參考文獻135
第6章 掃描探針顯微鏡的問題及解決方法138
6.1 微懸臂彈性常數(shù)的計算138
6.1.1 微懸臂彎曲變形彈性常數(shù)的計算138
6.1.2 微懸臂扭曲變形彈性常數(shù)的計算148
6.2 針尖與樣品間的相互作用155
6.2.1 力距離曲線155
6.2.2 微懸臂黏附顆粒157
6.3 針尖污染與清潔162
6.3.1 污染針尖的鑒別方法162
6.3.2 污染針尖的清潔方法163
6.4 針尖改性（針尖疏水化）165
6.4.1 親水和疏水的AFM針尖165
6.4.2 針尖的疏水化處理166
6.5 AFM在液相環(huán)境中的操作167
6.5.1 空氣環(huán)境與液相環(huán)境的比較167
6.5.2 AFM在液相環(huán)境中工作時需注意的事項168
6.5.3 掃描模式與水化膜對掃描成像的影響171
6.6 圖像的失真分析與解釋173
6.6.1 針尖寬化與細化效應174
6.6.2 圖像異常——針尖樣品間的角度174
6.6.3 圖像異?！樇鈿埲?76
6.6.4 圖像異?！樇馓?76
6.6.5 xy軸的線性校正178
6.6.6 其他導致掃描圖像失真的原因179
6.7 增大SPM的掃描范圍179
參考文獻180
第7章 掃描探針顯微鏡的應用183
7.1 高分辨率掃描成像183
7.2 原子分子搬遷188
7.2.1 搬遷方式188
7.2.2 原子分子搬遷舉例191
7.2.3 分子操縱194
7.2.4 構造新的功能分子和單分子器件196
7.3 微機械加工198
7.3.1 表面檢測198
7.3.2 表面納米加工199
7.4 高密度存儲203
7.4.1 概述203
7.4.2 信息存儲材料204
7.4.3 信息存儲技術209
7.5 在線監(jiān)測214
7.5.1 生物活體的在線監(jiān)測214
7.5.2 物理化學反應過程的在線監(jiān)測215
7.6 其他領域的應用217
7.6.1 生物醫(yī)學217
7.6.2 膜科學218
7.6.3 環(huán)境科學219
參考文獻220