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扫描探针显微镜是几种显微镜中的任何一种，它能产生非常详细的三维表面图像，包括原子尺度。根据所使用的显微镜技术，其中一些显微镜还可以测量材料的物理性质，包括电流、导电性和磁场。第一种是扫描探针显微镜，被称为扫描隧道显微镜（STM），发明于20世纪80年代早期。STM的发明者在几年后获得了诺贝尔物理学奖。从那时起，其他几种基于相同基本原理的技术，所有的扫描探针显微镜技术都需要对材料表面进行小而尖的扫描，因为数据是从扫描中数字化获得的。扫描探针的尖端必须小于被扫描表面的特征，为了产生准确的图像，这些尖端每隔几天就必须更换一次。它们通常安装在悬臂梁上，在许多SPM技术中，通过测量悬臂梁的运动来确定表面的高度。在扫描隧道显微镜中，在扫描头和被成像表面之间施加电流。通过调整尖端的高度来保持电流恒定，从而生成表面的地形图像。或者，在测量变化电流以确定表面高度时，尖端的高度可以保持恒定。由于该方法使用电流，它只适用于导体或半导体材料。有几种扫描探针显微镜属于原子力显微镜（AFM）的范畴。与扫描隧道显微镜不同，AFM可用于所有类型的材料，而不考虑其导电性所有类型的原子力显微镜都是通过间接测量扫描头和表面之间的力来产生图像的。这通常是通过测量悬臂梁的挠度来实现的。各种类型的原子力显微镜包括接触式原子力显微镜、非接触式原子力显微镜和，以及间歇接触原子力显微镜。几个因素决定了哪种类型的原子力显微镜最适合特定的应用，包括材料的灵敏度和待扫描样品的尺寸。原子力显微镜的基本类型有一些变化。侧向力显微镜（LFM）测量扫描头上的扭转力，扫描电容显微镜用于测量样品的电容，同时产生AFM地形图像。导电原子力显微镜（C-AFM）和STM一样使用导电尖端，力调制显微镜（FMM）用于测量材料的弹性性质，其他扫描探针显微镜技术也可用于测量三维表面以外的其他性质，静电力显微镜（EFM）用于测量表面上的电荷。有时用于测试微处理器芯片。扫描热显微镜（SThM）收集有关热导率的数据并绘制表面的地形图。磁力显微镜（MFM）测量表面上的磁场和地形

发表于 2020-09-18 08:17
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分类：科学教育

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