近场光学与近场光学显微镜

近场光学是研究距离物体表面一个波长以内的光学现象的新型交叉学科。基于非辐射场的探测与成像原理,近场光学显微镜突破常规光学显微镜所受到的衍射极限,在超高光学分辨率下进行纳米尺度光学成像与纳米尺度光谱研究。本文将讨论近场光学的基本原理,非辐射场的探测与高分辨率的关系;光学限阈及隐失场在近场光学中的重要性;以及近场信息的获取方法。对近场光学显微镜的主要类型及相应的仪器发展,分辨率,衬度原理做一综述。同时简要介绍近场光学显微镜在超高分辨率光学成像,近场局域光谱,高密度数据存储,在生命科学,单分子光谱,量子器件发光机制等领域中的应用。     

微球聚焦特性研究

随着纳米科学和生命科学不断深入的研究提出了越来越高的分辨率需求,如在光学显微镜、光刻、光信息存储等诸多光学应用领域,在传统光学领域中,由于空间衍射极限的存在,导致聚焦光斑尺寸和远场成像出现极限分辨率的问题。突破衍射极限在远场实现超分辨率成像成为了现在研究的热点,近期研究学家说明了微球可以实现突破衍射极限的超分辨率成像。本文我们分析微球的聚焦特性。微球的聚焦光斑尺寸可以突破衍射极限,其腰斑半径小于λ/2。从仿真的结果可以看出聚焦光斑的尺寸与微球的半径以及折射率有关。     

SiO2/PVDF离子交换膜的微观形貌表征

为了提高PVDF离子膜的水处理性能和抗污染能力,聚偏氟乙烯与纳米二氧化硅颗粒共混制备了SiO2/PVDF离子交换膜.采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜以及原子力显微镜对膜表面、断面及孔结构形态进行了分析.结果表明,无机纳米颗粒的加入使膜表面粗糙度增加,膜的致密性也增加了;大部分纳米颗粒能够以纳米尺寸均匀分布在膜中.     

一种超光滑表面抛光装置的研制

针对“非探针超分辨光学显微镜”对光学元件表面提出的超光滑要求,发展了一种新颖的用于超光滑表面加工的经济装置。该装置为仅用一个单轴驱动工作盘,而随动聚四氟乙烯抛光盘的拟浴式抛光系统。加工件的原子力显微镜AFM测试结果表明该装置加工出的光学表面的粗糙度可优于1nmSq值,满足纳米分辨率光学测量系统对元件的要求及探测单个细胞或微生物样本时对载片的表面要求。     

Au纳米晶在单晶硅(110)表面上的分形生长

利用水溶液法制备了Au纳米粒子水溶胶, 透射电镜观察, Au纳米粒子的平均粒径 为29 nm. 将此溶胶滴至干净的单晶硅(110)表面上, Au纳米粒子自组装形成分形结构. 通 过控制温度, 所得的分形结构表现出不同的形貌特点. 利用光学显微镜观察Au纳米粒子 的聚集分形生长过程, 用原子力显微镜对分形结构的表面形貌进行表征, 讨论了分形生 长机理.     

纳米级光纤探针的拉制与镀膜

光学显微镜希望能够得到更高的分辨率、作为高分辩率探测系统中的关键部分－－纳米级光纤探针的研制则显得尤为重要,介绍一种利用激光器加热,通过重物在光纤－端拉制并进行镀膜的方法,采用该方法可得到尖端曲率半径小于４０ｎｍ的光纤探针。     

显微术浅议

1显微术发展历史及现状人类总是不断地探索更小尺度的自然现象。近年来,光学这门自然科学里最古老的学科,也随着这个时代潮流焕发出崭新的生命力,诞生了近场光学显微镜这种新的观测工具,使得人们能够观测纳米尺度的光学现象。传统的光学显微镜是以光学透镜为主体,利用透镜能将物体放大成像的功能而制成的。一般的,单级透镜能将物体放大几十倍,级联使用可达到千倍以上。从根本上说,光的衍射效应限制了光学显微镜进一步提高分辨率的可能性。根据瑞利判据,光学成像系统的分辨率δx≥0.61λ/N.Sinθ,其中λ为光波波长,N.Sinθ为光学成像系统的数值孔径,对于单透镜,它等于透镜的直径与焦距的比值。由此可见,提高分辨率的方法有三个途径(1)选择更短的波长。(2)用折射率很高的材料以提高N。(3)增大显微镜的孔径角θ。而通过这几个途径来得到更大放大倍数、更高分辨率的显微镜,在可见光范围内没有多少改善的余地,也受到许多技术上的制约。上世纪80年代以来,随着科学与技术向小尺度与低维空间的推进与扫描探针显微技术的发展,在光学领域中出现了一个新型交叉学科一近场光学。近场光学对传统的光学分辨极限产生了革命性的突破。与传统光学显微镜相比,近场光学显微镜最大区别在于(1)以纳米级的光学探针代替了传统光学显微镜镜头(2)在探测过程中探针被控制在样品表面一个波长以内的近场区域。而样品表面的近场区域内存在携带物体表面精细结构信息的非辐射场,所以,处于近场区域内的探针可探测到亚微米级的光学信息,突破了瑞利衍射极限的限制。在理论上,其分辨率是无限大的,但由于技术上探针针尖不能做的无限小,探针也不能太接近样品表面,所以在实际应用中,分辨率还是有限的。1982年,瑞士苏黎士IBM的宾尼和罗雷尔制成了世界上第一台扫描隧道显微镜(STM),极大地提高了观测灵敏度,比传统电子显微镜提高了两个数量级。在被应用到光学领域时,极大的推动了扫描近场光学显微镜(SNOM)的诞生和发展。1984年瑞士苏黎士IBM研究小心用金属镀膜的石英晶体尖端制成的纳米尺寸光孔作为探针制成了世界上第一台近场光学显微镜,同时美国康乃尔大学用微毛细管拉成的极细光孔为探针制成了近场光学显微镜。从此,近场光学显微镜走向成熟,并广泛应用于许多微观现级观测领域。     

电子显微镜时代与纳米地球科学

光学显微镜的广泛运用,扩展了观察认识地球固体物质组成、结构、构造的视野,促使地球科学从简单描述走向理论研究,催生了地球科学的第一次革命;21世纪地球科学研究全面向地球表层转移,迫切需要认识地球物质纪录的纳米尺度信息;现代电子显微镜在地球科学中的广泛运用,催生了纳米地球科学的诞生。纳米地球科学诞生推动地球科学家将从纳米尺度解读过去所未知的固体地球演代过程的信息;纳米地球科学的兴起将引起地球科学的一场新的革命。     

纳米级阿维菌素胶囊的AFM观察

应用原子力显微镜(AFM)对乳液聚合法制备的纳米级阿维菌素胶囊进行了表面形貌和相位成像的观察.在水溶液的不同稀释浓度下,纳米级阿维菌素胶囊呈现不同的尺寸和形状.AFM的独特优势使之成为观察纳米胶囊的全新手段.     

纳米硅氧化硅复合薄膜的光吸收蓝移数值计算

采用磁控共溅射法制备了含不同尺寸纳米硅晶粒的氧化硅复合薄膜.用高分辨电子透射显微镜测定了所制备样品中纳米硅粒的粒径,确定了其光学带隙和光吸收边蓝移量.对样品光吸收边蓝移量进行了理论计算,比较了理论蓝移量与实验蓝移量之间的差异,并进行了相应的理论分析.     

突破极限,见所未见——2014年诺贝尔化学奖侧记

2014年诺贝尔化学奖给了三个物理学家：艾力克·贝齐格（Eric Betzig）、斯特凡·W·赫尔（Stefan W.Hell）和W·E·莫纳（W.E.Moerner）,以表彰他们对于发展超分辨率荧光显微镜做出的卓越贡献。他们的突破性工作使光学显微技术进入了纳米尺度,从而使科学家们能够观察到活细胞中不同分子在纳米尺度上的运动。这三位获奖科学家都是业内知名人士,很有知名度。     

与原子共舞——一场世界性高科技角逐

“纳米热”遍及全球我国科学家在各国同行中脱颖而出,在世界上首次直接发现纳米金属的“奇异”性能—室温下的超塑性:纳米铜“能屈能伸”达50多倍而“不折不挠”……新世纪来临之际,一场悄无声息的“战争”已在纳米领域拉开序幕。“纳米”是一种几何尺寸的量度单位,1纳米是1米的十亿分之一,略等于45个原子排列起来的长度。自从扫描隧道显微镜发明后,世界上便诞生了一门以0.1至100纳米这样的尺度为研究对象的前沿学科.这就是纳米科技。纳米科技以空前的分辨率为人类揭示了一个可见的原子、分子世界,它的     

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究

扫描近场光学显微镜有源光纤探针研究明海张国平陈晓刚杨宝谢建平吴云霞（中国科技大学物理系合肥２３００２６）扫描近场光学显微镜（ＳＮＯＭ）是通过光探头探测样品表面倏逝波的超高频信息，可以获得纳米量级的空间分辨率。通常的ＳＮＯＭ光纤探针只作为传输和探测光场...     

AFM电场辅助纳米加工焦耳热分析

原子力显微镜是一种重要的纳米加工工具,在强电场的辅助下,可以实现凸起或凹陷的纳米结构加工,为纳米器件的制造提供技术支持。电场的使用不可避免地引入了电流,从而使得加工过程中存在焦耳热的影响。原子力显微镜电场辅助纳米主要加工包括阳极氧化与场蒸发沉积两种。阳极氧化加工生成的纳米结构为绝缘物质,该物质阻断阳极氧化加工的进一步进行,因此加工电流随着加工的进行逐渐衰减,焦耳热的影响较小;而场蒸发沉积加工得到的纳米结构为导电物质,所产生的焦耳热可以烧蚀样品表面,形成纳米沟痕。本文通过分析加工中焦耳热的作用,为开展精确的原子力显微镜电场辅助加工提供借鉴。     

PLD法制备纳米氧化锌薄膜

目的研究制备高质量的纳米ZnO薄膜的最佳方案。方法通过反应条件和工艺参数的控制,用PLD法制备纳米氧化锌薄膜,对所制备的纳米氧化锌薄膜进行XRD谱研究,采用原子显微镜观察其形貌并研究氧化锌薄膜的各种光学性质。结果在激光脉冲能量为150 mJ、氧气压为20Pa条件下制备出了高质量的c轴择优取向的纳米氧化锌薄膜。结论制备工艺参数的控制对其性质有着极其重要的影响。     

硅烷对纳米硅薄膜微结构和光学性能的影响

通过改变反应气体中硅烷体积分数,采用直流偏压辅助等离子体化学气相沉积法在玻璃衬底上沉积本征氢化纳米硅薄膜.使用拉曼光谱仪、原子力学显微镜和紫外可见光透射仪对薄膜进行测试,研究不同硅烷体积分数对薄膜微结构和光学性能的影响.结果表明:当硅烷体积分数增加,晶粒尺寸增加,而晶态含量却随之下降.晶态含量的降低,使拉曼光谱中谱峰的强度降低,峰位发生蓝移,薄膜有序性随之降低;而且薄膜的光学禁带宽度随硅烷体积分数的增加而增加.当硅烷体积分数为1.3%时,沉积本征氢化纳米硅薄膜,薄膜中晶粒分布均匀,其生长存在取向性.此时晶态含量约为50%,晶粒尺寸约为2.6 nm;薄膜具有较大的光学禁带宽度,为1.702 eV,以及较高的电导率.     

电喷湿法制备二醋酸纤维素/硫化锌复合纳米粒子

二醋酸纤维素(CDA)/硫化铵((NH4)2S)复合溶液以丙酮为溶剂,在高压静电场力的作用下,喷射到对应的接收溶液ZnSO4中,通过水洗得到粒径分布比较均匀的CDA/ZnS复合纳米粒子.借助光学显微镜及扫描电镜(SEM)观察CDA/ZnS复合纳米粒子的微观形态,CDA质量分数大小较(NH4)2S质量分数对复合粒子粒径影响更大.利用透射电镜(TEM)观察发现ZnS被包覆在有机载体CDA小球中,尺寸大约为5～30nm.对试验产物进行X射线衍射(XRD)表征,证明产物同时含有CDA及ZnS.     

交叉纳米棒三聚体手性光学响应研究

为探究便于调节的纳米结构尺寸和几何构型对等离激元光学手性的影响及其调控手段，本文采用了耦合偶极子模型（CDM）的解析方法和时域有限差分法（FDTD）数值模拟。文章计算了一系列尺寸或间隔的交叉金纳米棒三聚体的圆二色性（CD）变化规律，找到了具有最强光学手性的几何构型。研究发现调节中间棒的尺寸可以使一些具有几何手性的结构手性光学响应为零，还可以实现在特定的转角下选择改变CD的通道，得到不同的CD变化规律。文章根据计算结果进一步探究了相互作用与几何手性在交叉金纳米棒三聚体结构中光学手性的贡献。研究结果可以应用于设计高灵敏度纳米传感器和构建手性超材料单元等方面。     

高分子／Si02双负载纳米钯催化加氢反应特性 Ⅰ.双负载纳米钯的制备与表征

作者采用配位转化方法，成功地制备了高分子／二氧化硅双重负载的纳米钯催化剂。运用光学显微镜、扫描电镜及透射电镜对催化体系的表面形态、纳米钯粒子的分布及粒径进行了测定．结果表明，通过配位转化方法制备的钯粒子与没有高分子保护的钯粒子相比，其在SiO。表面呈良好的球形，尺寸较为均一。高分子在SiO。表面的包覆层厚度、高分子配位基与金属钯离子的比例等对钯粒子的尺寸分布及粒径大小均有影响。通过红外光谱对纳米钯微粒制备过程中高分子配位基团的结构测定，推测了其制备过程的原理。     

导电原子力显微镜在介质薄膜电流图像检测中产生的假像

对导电原子力显微镜在介质层电流图像检测中存在的假像进行了研究。发现这种假像归因于导电探针针尖较大的直径,其大小与被检测样品表面的缺陷点、漏洞、沟穴大小相关。研究表明,为提高图像分辨率,避免检测过程中存在的假像,需要使用具有纳米直径针尖的超尖导电探针。