《隧道显微镜S》课件2.pptVIP

《隧道显微镜S》课件简介本课件旨在介绍隧道显微镜技术，并详细阐述其在纳米科技领域的应用。

目录11.什么是隧道显微镜介绍隧道显微镜的概念和基本原理。22.隧道显微镜的历史发展回顾隧道显微镜的起源和重大发展里程碑。33.隧道显微镜的基本工作过程详细阐述隧道显微镜的工作步骤和关键环节。44.隧道显微镜的主要功能探究隧道显微镜在材料科学、生命科学等领域的应用。55.隧道显微镜的发展趋势展望隧道显微镜未来的发展方向和技术革新。66.隧道显微镜的应用前景探讨隧道显微镜在各领域的应用前景和未来发展。

什么是隧道显微镜隧道显微镜是一种利用量子隧穿效应来观察物质表面结构的显微镜。它可以对材料表面进行原子尺度的观察，并提供有关表面结构、组成和电子特性的信息。

隧道显微镜的工作原理探针尖端与样品表面间形成隧道电流隧道显微镜利用量子力学原理，当探针尖端与样品表面距离足够近时，电子可以穿过真空，形成隧道电流。扫描探针探针尖端在样品表面扫描，通过控制探针的运动，精确控制探针与样品表面之间的距离。检测隧道电流电子穿过真空形成的隧道电流被检测器测量，并通过反馈系统控制探针的高度，保持隧道电流稳定。形成表面图像通过测量隧道电流的变化，可以绘制出样品表面的三维图像，揭示材料的表面结构和性质。

隧道显微镜的特点高分辨率能观测到原子级别的物质结构，揭示材料表面的微观细节，为材料科学研究提供更深层的理解。表面敏感性可以对材料表面进行原子尺度的观察，并研究表面原子排列、表面缺陷、表面吸附等现象。多功能性除了成像，还可以进行表面电学特性、磁学特性、力学特性等方面的测量，为更深入研究材料提供多种手段。

隧道显微镜的主要构成探针尖由极细的金属针尖制成，可以是钨、铂铱合金等材料。针尖的形状和尺寸对成像效果至关重要，需要经过严格的加工和处理。扫描器用于控制探针尖在样品表面进行扫描。扫描器通常采用压电陶瓷材料制成，可以实现纳米级的精细控制。反馈系统用于控制针尖与样品之间的距离，保持恒定的隧道电流。反馈系统包括电子放大器、控制电路等，保证扫描过程中图像的清晰度。数据采集与处理系统用于收集隧道电流信号，并将其转化为样品表面的图像。数据采集系统通常采用高速数据采集卡，图像处理系统则采用专门的软件进行分析和处理。

2.隧道显微镜的历史发展隧道显微镜作为一项革新性的技术，其历史发展经历了几个关键阶段。它诞生于20世纪80年代，并在短短几年内取得了突破性的进展，对科学研究产生了深远的影响。

1981年－诺贝尔物理学奖1981年，格尔德·宾尼格和海因里希·罗雷尔在IBM苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜(STM)，这是一种可以用来观察表面原子结构的仪器。这为人类提供了前所未有的原子尺度观察物质的能力。他们的发现震惊了科学界，并为他们赢得了1986年的诺贝尔物理学奖。STM的出现开启了纳米科技的时代，并推动了材料科学、表面科学、化学和生物学等领域的发展。

1986年－诺贝尔化学奖1986年，GerdBinnig和HeinrichRohrer因发明扫描隧道显微镜而获得诺贝尔物理学奖，而ErnstRuska则因发明电子显微镜而获得诺贝尔物理学奖。扫描隧道显微镜的应用范围迅速扩展，并引发了纳米科技领域的蓬勃发展。1纳米扫描隧道显微镜能够观察到单个原子，这为纳米科技的兴起奠定了基础。10领域扫描隧道显微镜在材料科学、生命科学和纳米技术等领域有着广泛的应用。100应用扫描隧道显微镜在电子器件、新型材料研发和生物医药研究等方面发挥着重要作用。

隧道显微镜在科研领域的应用材料科学原子级表面结构观察和材料表面性质研究，促进新材料的研发。生命科学生物分子结构和功能研究，推动药物研发和疾病诊断。纳米技术纳米材料合成和器件制造，开拓新兴科技领域。

3.隧道显微镜的基本工作过程隧道显微镜的工作原理基于量子力学中的隧道效应，利用探针与样品表面之间的微弱电流来获得表面形貌信息。隧道显微镜的工作过程主要包括以下步骤：样品的准备、扫描探针的位置调整、隧道电流的检测与反馈，以及样品表面图像的形成。

样品的准备1清洁样品需要彻底清洁，去除任何可能影响扫描的污染物。2固定样品需要被固定在扫描台上，确保其处于正确的位置和方向。3导电性样品需要具有良好的导电性，以确保隧道电流顺利流过。

扫描探针的位置调整1初始定位探针先粗略移动到样品表面附近。2精细调整利用压电陶瓷对探针进行微米级精细调整。3反馈机制通过探针与样品之间的距离控制，实现探针在样品表面上的精确扫描。

隧道电流的检测与反馈1隧道电流电子穿过真空隧穿2电流检测测量隧道电流强度3反馈机制调整探针高度，保持电流稳定隧道电流检测是STM的核心，通过测量电流变化来确定探针与样品之间的距离。反馈机制保证探针与样品保持稳定距离，获得清晰的图像。

样品表面图像的形成