扫描探针显微技术理论与应用PDF电子书下载

第1章　显微镜的发展历史 1

1.1　光学显微镜 1

1.2　电子显微镜 6

1.3　扫描探针显微镜 11

参考文献 20

第2章　扫描隧道显微镜 22

2.1　历史发展 22

2.2　STM的原理与结构 28

2.2.1　量子隧道效应 28

2.2.2　压电效应与压电陶瓷 31

2.3　STM的系统组成 33

2.3.1　探针扫描系统 33

2.3.2　STM针尖的制备与处理 35

2.3.3　电流检测与反馈系统 38

2.3.4　针尖趋近系统 38

2.3.5　振动隔离系统 40

2.3.6　数据处理与显示系统 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的发展 49

参考文献 51

第3章　原子力显微镜 53

3.1 简介 53

3.2　AFM原理与结构 57

3.2.1 AFM与STM原理之比较 57

3.2.2 AFM的组成 58

3.3　AFM力监测器 59

3.3.1　力传感器 60

3.3.2　光电检测器 68

3.4　AFM的工作模式 69

3.4.1　接触模式 71

3.4.2　非接触模式 72

3.4.3　轻敲模式 72

3.4.4　相位成像模式 73

3.4.5　轻敲抬高模式 77

3.5　力-距离曲线 77

参考文献 83

第4章　扫描近场光学显微镜 86

4.1　历史 87

4.2　原理与结构 90

4.2.1　近场与远场 90

4.2.2　SNOM结构 93

4.3　SNOM探针 96

4.3.1　光纤探针的基本结构 96

4.3.2　探针形状与小孔粗糙度 97

4.3.3　SNOM探针的制备 98

4.4　针尖-样品间距离的控制 102

4.4.1　SNOM的工作模式 102

4.4.2　SNOM的衬度类型 103

4.4.3　SNOM针尖-样品间距离的控制方法 105

4.5　商用SNOM 107

4.6　应用 108

4.6.1　高分辨率光学成像 108

4.6.2　数据存储 111

4.6.3　局域光谱 111

4.6.4　生命科学应用及单个分子探测 112

参考文献 115

第5章　其他扫描探针显微镜 118

5.1　磁力显微镜 119

5.1.1　MFM工作原理 119

5.1.2　MFM与其他显微镜的比较 120

5.1.3 MFM的应用 121

5.2　静电力显微镜 125

5.2.1 EFM原理 125

5.2.2 EFM的应用 127

5.2.3　扫描电容显微镜 128

5.3　摩擦力显微镜 129

5.4　扫描热显微镜 133

5.5　扫描离子电导显微镜 135

参考文献 135

第6章　扫描探针显微镜的问题及解决方法 138

6.1　微悬臂弹性常数的计算 138

6.1.1　微悬臂弯曲变形弹性常数的计算 138

6.1.2　微悬臂扭曲变形弹性常数的计算 148

6.2　针尖与样品间的相互作用 155

6.2.1　力-距离曲线 155

6.2.2　微悬臂黏附颗粒 157

6.3　针尖污染与清洁 162

6.3.1　污染针尖的鉴别方法 162

6.3.2　污染针尖的清洁方法 163

6.4　针尖改性（针尖疏水化） 165

6.4.1 亲水和疏水的AFM针尖 165

6.4.2　针尖的疏水化处理 166

6.5　AFM在液相环境中的操作 167

6.5.1　空气环境与液相环境的比较 167

6.5.2　AFM在液相环境中工作时需注意的事项 168

6.5.3　扫描模式与水化膜对扫描成像的影响 171

6.6 图像的失真分析与解释 173

6.6.1　针尖宽化与细化效应 174

6.6.2 图像异常——针尖-样品间的角度 174

6.6.3　图像异常——针尖残缺 176

6.6.4　图像异常——针尖太大 176

6.6.5　x-y轴的线性校正 178

6.6.6　其他导致扫描图像失真的原因 179

6.7　增大SPM的扫描范围 179

参考文献 180

第7章　扫描探针显微镜的应用 183

7.1　高分辨率扫描成像 183

7.2　原子分子搬迁 188

7.2.1 搬迁方式 188

7.2.2　原子分子搬迁举例 191

7.2.3　分子操纵 194

7.2.4　构造新的功能分子和单分子器件 196

7.3　微机械加工 198

7.3.1 表面检测 198

7.3.2　表面纳米加工 199

7.4　高密度存储 203

7.4.1　概述 203

7.4.2　信息存储材料 204

7.4.3　信息存储技术 209

7.5　在线监测 214

7.5.1　生物活体的在线监测 214

7.5.2　物理化学反应过程的在线监测 215

7.6　其他领域的应用 217

7.6.1 生物医学 217

7.6.2　膜科学 218

7.6.3　环境科学 219

参考文献 220