Egenskaper för skanningssondmikroskopi
När historien utvecklades till 1980-talet föddes en ny typ av ytanalysinstrument, Scanning Probe Microscopy (STM), baserad på fysik och integrerande av olika moderna teknologier. STM har inte bara hög rumslig upplösning (upp till 0,1 nm horisontellt och bättre än 0,01 nm vertikalt), den kan direkt observera atomstrukturen på materialytor, utan också manipulera atomer och molekyler, och därigenom påtvinga naturen mänsklig subjektiv vilja. Man kan säga att skanningssondsmikroskopi är förlängningen av mänskliga ögon och händer, och kristalliseringen av mänsklig visdom.
Arbetsprincipen för skanningsprobmikroskopi är baserad på olika fysikaliska egenskaper i det mikroskopiska eller mesoskopiska området. Interaktionen mellan de två detekteras genom att skanna den atomära linjära extremt fina sonden ovanför ytan av det studerade materialet för att erhålla ytegenskaperna hos det studerade materialet. Den största skillnaden mellan olika typer av SPM är deras spetsegenskaper och motsvarande verkningssätt för spetsprover.
Arbetsprincipen kommer från tunnlingsprincipen inom kvantmekaniken. Dess kärna är en nålspets som kan skanna på provets yta och har en viss förspänning mellan den och provet, med en diameter på atomär skala. Eftersom sannolikheten för elektrontunnling har ett negativt exponentiellt samband med bredden på barriären V(r), när avståndet mellan spetsen och provet är mycket nära, blir barriären mellan dem mycket tunn, och elektronmolnet överlappar med varje Övrig. Genom att applicera en spänning mellan spetsen och provet kan elektroner överföras från spetsen till provet eller från provet till spetsen genom tunneleffekten, vilket bildar en tunnelström. Genom att registrera förändringarna i tunnelström mellan nålspetsen och provet kan information om provets ytmorfologi erhållas.
Jämfört med andra ytanalystekniker har SPM unika fördelar:
(1) Den har hög upplösning på atomnivå. Upplösningen av STM i riktningen parallell och vinkelrät mot provytan kan nå 0.1nm respektive 0.01nm, vilket kan särskilja enskilda atomer.
(2) 3D-bilder i realtid av ytor i verkliga rymden kan erhållas, vilka kan användas för att studera ytstrukturer med eller utan periodicitet. Denna observerbara prestanda kan användas för att studera dynamiska processer som ytdiffusion.
(3) Den lokala ytstrukturen hos ett enda atomlager kan observeras snarare än de genomsnittliga egenskaperna hos den individuella bilden eller hela ytan, så ytdefekterna, ytrekonstruktion, formen och positionen av ytadsorbenterna och ytan rekonstruktion orsakad av adsorbenterna kan observeras direkt.
(4) Det kan arbeta i olika miljöer såsom vakuum, atmosfär och rumstemperatur, och till och med sänka ner provet i vatten och andra lösningar utan behov av speciella provberedningstekniker, och detektionsprocessen skadar inte provet. Dessa egenskaper är särskilt tillämpbara för studier av biologiska prover och utvärdering av provytor under olika experimentella förhållanden, såsom övervakning av heterogen katalysmekanism, supraledande mekanism och elektrodytförändringar under elektrokemisk reaktion.
(5) Genom att samarbeta med Scanning Tunneling Spectroscopy (STS) kan information om ytelektroniska strukturer erhållas, såsom tätheten av tillstånd på olika nivåer av ytan, ytelektronbrunnar, förändringar i ytpotentialbarriärer och energigapstrukturer.
