激光检测原子力显微镜的研制

扫描探针显微术(SPM)的基本原理最初在50年代由J.A.O'Keefe提出,1982年,Binnig和Rohrer等人研制成功第一台SPM——扫描隧道显微镜(STM),并因此获得了1986年诺贝尔物理学奖。此后,Binnig又与Quate等人合作,于1986年推出第一台原子力显微镜(AFM)。和STM不同,AFM是通过探测微探针针尖与被测物质表面原子之间微弱的相互作用力来得到物质表面形貌的信息,不需在样品与探针之间形成电回路,不受样品导电性的限制,因而其应用领域更为广阔。目前,AFM已发展成为一种十分重要的表面分析     

β-淀粉样蛋白在石墨表面吸附及凝聚结构的STM和AFM研究

利用扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）直接研究了β-淀粉样蛋白（Aβ42）在石墨（模拟生物膜中的疏水表面）表面的吸附以及凝聚体的精细结构。研究发现Aβ42易吸附在石墨台阶等缺陷处，首先形成初纤维（中间体），再形成纤维，纤维之间可以交织在一起形成螺旋状结构。这些结果为研究β－淀粉样蛋白的凝聚过程提供了重要线索。     

方解石表面的原子力显微镜研究

原子力显微镜(Atornic force microscope,简称AFM)是1985年Binnig等人发明的新型表面分析仪器叫,它和扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope,简称STM)都是当今唯一能在正空间直接观察物质表面结构并具有原子级分辨率的仪器,但与STM不同的是,原子力显微镜不仅能观察导电物质的表面,而且能观察不导电物质的表面,因而具有更为广阔的应用范围。由于大多数矿物为绝缘体,因此AFM对于矿物学的研究有着特殊的意     

煤结构的STM和AFM研究

扫描隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)是Binnig等人于80年代研制成功的新型表面分析仪器.它们具有原子级高分辨率,能够用于实时地观察原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质.将STM和AFM用于煤的研究,迄今为止尚未见报道.煤的主体由复杂的高分子化合物组成,结构极不均一.通过成像技术,在无降解的前提     

砷化镓(100)与石墨表面电子态的扫描隧道谱研究

对材料表面电子结构的研究,是固体表面物理研究的一个重要方面。近年来在扫描隧道显微镜(STM)基础上发展的扫描隧道谱(STS)技术,显示出在表面电子结构研究中独特的性质。它的一大特点是与STM结合,可以给出空间可分辨的表面价态和空态密度分布。这对于表面不同原子和不同微结构处局域电子态的研究具有重要意义。本文利用国内生产的大气中的STM系统进行改装,发展了STM/STS谱仪。利用这台系统,对砷化镓(100)和     

聚甲基丙烯酸甲酯单层LB膜微结构的原子力显微镜观测

聚甲基丙烯酸甲酯(polymethy(methacrylate),PMMA)作为电子束刻蚀中抗蚀层材料,由于其灵敏度低而分辨率高在亚微米以至纳米刻蚀中获得了大量应用.但目前通常所用旋涂、喷涂等方法得到的抗蚀层在数十纳米厚度下存在均匀性差、多孔洞等缺陷,为此,Pease等人提出采用Langmuir-blodgett(LB)技术制备的抗蚀层可有效地解决这些问题.然而,使     

激光检测摩擦力显微镜的研制

纳米摩擦学已经成为摩擦学最活跃的研究领域之一。摩擦力显微镜(Friction force microscope,简称FFM)是最近几年在原子力显微镜(Atomic force microscope,简称AFM)基础上发展起来的一种具有很高分辨率的、用于研究物质表面微观摩擦性质的探测工具。由于以往在微观尺度上对摩擦现象的研究缺乏有效手段,因此,FFM自问世以来便受到广泛重视并在纳米摩擦学领域得到应用。目前纳米摩擦学研究领域的最新成果大都由AFM和FFM得到,如微摩擦力与表面轮廓斜率的对应关系、微摩擦力的周期性、微磨损的特性等。但AFM和FFM在纳米摩擦学领域的应用研究本身还有待于深入发展。虽然国内一些单位已开展对微观摩擦学的研究和扫描探针系列显微镜的研制工作,但尚未有用FFM从事纳米摩擦磨损研究的报道。清华大学摩擦学国家重点实验室与中国科学院化学研究所于1995年5月成功地研制出国内首台FFM。本文报道了我们在仪器研制方面所作的工作。     

单个准分子激光脉冲和位相光栅模板制作表面周期结构

近年来,准分子激光器(excimer laser)以其高能量的脉冲式紫外(193nm或248nm)激光输出特征而被人们用于部分薄膜材料的加工和制备,其原理是用聚焦后的准分子激光脉冲对靶材进行轰击,一定条件下将轰击出来的靶材颗粒均匀沉积在基片上便可以生长出薄膜结构,这种方法又称为PLD(Pulse laser deposition)技术.利用准分子激光器和石英位相光栅模板,人们已经在光敏光纤和光敏光波导中写入了性能良好的Bragg折射率光栅,由于LiNbO_3(LN)和 LITaO_3(LT)这两种重要的光学晶体均对准分子激光波长(248 nm)产生强烈吸收,所以当它们被该激光照射时,激光能量将被晶体吸收并产生热量.如果激光的能量密     

雪松和水杉花粉外壁亚结构的原子力显微镜研究

用原子力显微镜研究了雪松和水杉花粉外壁的亚结构,结果表明,现任中花粉外壁中由孢粉素构成的亚结构单位形态相似同源模建了可信度较高的人白个均呈颗粒状,但大小略有不同,雪松的长５６￣９９ｎｍ,宽４２￣７４ｎｍ;水杉的长８１￣１１８ｎｍ,宽４３￣９８ｎｍ在雪松中这些亚单位紧密排列组成短棒状或球状的花粉外壁结构单位,再由几个到十几个这样的结构单位组成较大的岛屿状结构,在这些岛屿状结构之间有大小不一的空隙存在     

表面增强拉曼散射研究聚丙烯腈在粗糙银表面的低温环化及石墨化

聚丙烯腈(Polyarylonitrile,PAN)在加热条件下会形成共轭杂环结构,进一步的脱氢芳香化过程会形成稳定的梯形结构,经上千度的高温处理可制取高性能的类似于石墨结构的碳纤维。最近人们的注意力集中在金属表面上PAN的化学反应。我们用表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering,SERS)技术研究了PAN吸附在Ag表面的化学     

BiTiO3单品电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜（AFM）原位研究了BaTiO3单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程，以及交变电场引起的畸变和疲劳裂纹扩展的相关性．结果表明、正负交变电场并不引是裂纹尖端电畴的交替变化。而是在裂纹周围发生随机转变．随着电场交变次数的增加，止裂裂纹重新起裂扩展。     

BiTiO3单晶电致疲劳裂纹扩展的原子力显微镜研究

利用原子力显微镜(AFM)原位研究了BaTiO₃单晶压痕裂纹电致疲劳的扩展过程, 以及交变电场引起的畴变和疲劳裂纹扩展的相关性. 结果表明, 正负交变电场并不引起裂纹尖端电畴的交替变化, 而是在裂纹周围发生随机转变, 随着电场交变次数的增加, 止裂裂纹重新起裂扩展.     

石墨表面纳米级直接刻蚀的研究

利用扫描隧道显微镜(STM)对导体和半导体表面进行纳米级超微加工,不仅在理论上可深化对表面原子和分子运动规律的认识,以及介观物理、量子力学等基础科学的研究,而且有着潜在的应用前景,如制作高密度存储信息元件和纳米尺度的电子元件等。目前,这方面的工作已取得了一些进展。我们用自行研制的STM,采用在针尖与样品之间施加长脉冲电压的方法对石墨表面进行了直接刻蚀,得到了各种字体和图案。     

应力腐蚀促进局部塑性变形的原子力显微镜研究

用金相显微镜和 原子力显微镜原位观察了抛光的黄铜恒位移试样在氨水中应力腐蚀时表面滑移带的变化。结果表明，预蠕变达稳态后抛光的试样在应力腐蚀过程中缺口前端会出现新的滑移带。卸载后检查，在表面和体内均没有发现应力腐蚀裂纹形核，这就表明应力腐蚀过程本身能促进局部塑性变形。应力腐蚀前加载产生多滑移，滑移带的平均高度和宽度分别为29．9nm和0．74μm。应力腐蚀引起的生变形是单滑移，滑移带的高度和宽度分别为8．01nm和2．79μm。     

煤纳米孔隙结构的原子力显微镜研究

煤纳米孔隙是认识煤中吸附气储集和运移的重要因素. 提出一种研究煤纳米孔隙结构的新方法, 该方法基于原子力显微镜(AFM)的纳米级分辨率, 可直观清晰地观察煤的纳米孔隙特征, 并可对煤纳米孔隙结构参数进行三维定量测量. 分析结果表明: 煤中纳米孔主要为变质气孔和分子间的链间孔, 变质气孔的形貌主要为圆形和椭圆形, 随煤化程度的提高, 变质气孔的发育程度不断增加; 链间孔的形态变化较大, 低煤级煤的链间孔大于高煤级煤, 链间孔随煤级的升高逐渐减少. 横切面分析可以有效地揭示煤纳米孔隙的几何学特征, 相分析的参数是表征煤微孔隙度的重要参数之一, 而粒度分析则可以检测煤纳米孔隙孔径分布特征. AFM 对煤纳米孔隙的研究, 将会给煤的微观结构和煤层气吸附机理的进一步深入研究提供新的研究手段.     

紫膜在存放过程中结构变化的透射电子显微镜和原子力显微镜研究

运用透射电子显微镜与原子力显微镜研究了紫膜样品存放过程中的结构变化,与新分离的样品相比较,存放3年以上的紫膜样品形成了许多脂质体。脂质体上的膜结合蛋白－细胞视紫红质（BR）与天然细胞膜中的BR一样是以三聚体的形式呈二维六角形晶格排列的,但在活体细胞中朝向细胞质的一侧在形成的脂质体中则朝向膜外侧。     

宇宙尘表面结构的成因探讨

对采自不同地质体中的宇宙尘的研究结果表明,宇宙尘颗粒均具有特征的表面结构。研究这种结构,对于探讨陨石坠落过程中的消融作用并进而揭示宇宙尘的成因将具有重要的意义。     

鸡红细胞核内染色质结构的AFM和TEM的比较研究

运用原子力显微镜,在接近自然状态的条件下,观察到鸡红细胞核内四个层次有序折叠的染色质纤维（－１５,－３０－４０,－６０和－９０－１１０ｎｍ纤维）。在真核细胞的间期核中,染色质并非以杂乱无章的状态存在,而是形成有序的高级结构。     

原子力显微镜观测并切断在Si表面拉直的DNA分子

DNA具有稳定的线性结构和一定的导电性能, 因而有可能作为纳米导线来构成纳米器件. 为此, 人们已经采用很多方法尝试以DNA为基础单元构成纳米图型. 用原子力显微镜观察自由液流法在Si表面拉直的λ-DNA分子, 观察到加二次液流后λ-DNA 形成的悬链线状结构和交叉的DNA网络, 并成功地用原子力显微镜针尖切断在Si表面拉直的λ-DNA分子.     

激光修饰金刚石膜的表面抛光技术

化学气相沉积(CVD)金刚石为多晶材料,其表面多为杂乱分布晶粒的堆积,尤其是金刚石厚膜,其表面堆积的大晶粒显露出明显的棱角,表面相当粗糙.而金刚石膜在电子学等领域的应用要求其表面具有较好的光洁度,以便形成良好的接触表面.同时受到合成工艺条件的影响,使生长的膜在厚度的一致性方面很差,特别是用灯丝热解CVD(HFCVD)和电子增强CVD(EACVD)方法合成的金刚石膜,一般膜厚度的不均匀性在平均厚度的±20%范围内变化(表面积为1cm×1cm).这种表面粗糙厚度不一致的膜不能直接得到应用,否则由于接触和厚度的一致性差而造成的缺陷将完全掩盖金刚石膜在电子学等领域的应用优势,其效果可能比不用金刚石膜还差.因此对金刚石膜表面必须进行抛光以获得较好的光洁度,同时要解决厚度一致性差的问题.