Pyyhkäisyanturimikroskoopin ainutlaatuiset edut
Kun historia kehittyi 1980-luvulle, syntyi uusi pinta-analyysiinstrumentti-skannauskoetinmikroskooppi (STM), joka perustui fysiikkaan ja integroitiin moniin nykyaikaisiin teknologioihin. STM:llä ei ole vain korkea spatiaalinen resoluutio (jopa 0,1 nm vaakasuunnassa, mutta parempi kuin 0,01 nm pystysuunnassa), se pystyy tarkkailemaan suoraan atomirakennetta aineen pinnalla, mutta myös manipuloimaan atomeja ja molekyylejä. ihmisen subjektiivisen tahdon pakottaminen luonnolle. Voidaan sanoa, että pyyhkäisyanturimikroskooppi on ihmisen silmien ja käsien jatke ja ihmisen viisauden kiteytys.
Pyyhkäisyanturimikroskoopin toimintaperiaate perustuu erilaisiin fysikaalisiin ominaisuuksiin mikroskooppisella tai mesoskooppisella alueella, ja niiden välinen vuorovaikutus havaitaan skannaamalla ultrahieno koetin atomilineaarisesti tutkittavan aineen pinnan yläpuolella, jotta saadaan pinta. tutkittavan aineen ominaisuudet. Suurin ero erityyppisten SPM:ien välillä on niiden neulankärkien ominaisuuksissa ja niitä vastaavissa neulankärkinäytteiden vuorovaikutusmuodoissa.
Toimintaperiaate tulee kvanttimekaniikan tunnelointiperiaatteesta. Sen ydin on neulan kärki, joka pystyy skannaamaan näytteen pintaa, jolla on tietty esijännite näytteen kanssa ja sen halkaisija on atomimittakaavassa. Koska elektronien tunneloitumisen todennäköisyydellä on negatiivinen eksponentiaalinen suhde esteen leveyteen V(r), kun neulan kärjen ja näytteen välinen etäisyys on hyvin lähellä, niiden välinen este tulee hyvin ohueksi ja elektronipilvet menevät päällekkäin. muu. Kun neulan kärjen ja näytteen väliin syötetään jännite, elektroneja voidaan siirtää neulan kärjestä näytteeseen tai näytteestä neulan kärkeen tunnelointivaikutuksen kautta muodostaen tunnelointivirran. Tallentamalla tunnelivirran muutos neulan kärjen ja näytteen välillä saadaan tietoa näytteen pinnan morfologiasta.
Muihin pinta-analyysiteknologioihin verrattuna SPM:llä on ainutlaatuisia etuja:
(1) Sillä on korkea resoluutio atomitasolla. STM:n resoluutio näytteen pinnan suuntaisesti ja kohtisuorassa suunnassa voi saavuttaa 0,1 nm ja 0,01 nm vastaavasti, joten yksi atomi voidaan erottaa.
(2) Pinnan kolmiulotteinen kuva todellisessa avaruudessa voidaan saada reaaliajassa, jolla voidaan tutkia pinnan rakennetta jaksollisuudella tai ilman, ja tällä havaittavuudella voidaan tutkia dynaamisia prosesseja, kuten pinnan diffuusiota. .
(3) Yksittäisen atomikerroksen paikallinen pintarakenne voidaan havaita yksittäisen kuvan tai koko pinnan keskimääräisten ominaisuuksien sijaan, joten pintavirheitä, pinnan rekonstruktiota, pintaadsorbenttien muotoa ja sijaintia sekä adsorbenttien aiheuttamaa pintarekonstruktiota. voidaan suoraan havaita.
(4) Se voi toimia erilaisissa ympäristöissä, kuten tyhjiössä, ilmakehässä, normaalilämpötilassa jne., ja jopa näyte voidaan upottaa veteen ja muihin liuoksiin ilman erityistä näytteenvalmistustekniikkaa, ja havaitsemisprosessi ei vahingoita näytettä . Nämä ominaisuudet soveltuvat erityisen hyvin biologisten näytteiden tutkimiseen ja näytteiden pinnan arviointiin erilaisissa koeolosuhteissa, kuten heterogeenisessä katalyyttisessä mekanismissa, suprajohtavassa mekanismissa, elektrodin pinnan muutosten seuraamisessa sähkökemiallisen reaktion aikana ja niin edelleen.
(5) Pyyhkäisytunnelointispektroskopialla (STS) voidaan saada tietoa pinnan elektronirakenteesta, kuten pinnan eri tasojen tilojen tiheydestä, pinnan elektroniloukusta, pintaesteen muutoksesta ja energiaraon rakenteesta. .
