ScanningProbeMicroscope掃描探針顯微鏡(SPM)是一種掃描隧道顯微鏡和各種新型探針顯微鏡(原子力顯微鏡AFM，掃描探針顯微鏡的原理是什么？掃描隧道顯微鏡的工作原理是什么？掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡當(dāng)分辨率在納米和原子范圍內(nèi)時，掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力電子顯微鏡(AFM)是我們今天所能獲得的最有效的兩種顯微技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

隨著2017年高考的結(jié)束，家長和考生最想知道的是高考數(shù)學(xué)題的答案。下面，我給大家提供一份2017年全國高考理科綜合試卷的試題和答案，供家長和學(xué)生參考，祝高考學(xué)子今年取得好成績。18.掃描對準(zhǔn)顯微鏡(STM)可以用來檢測原子大小的樣品表面的形貌。為了有效隔離外界振動對STM的干擾，在圓形底盤周圍沿其徑向?qū)ΨQ安裝幾對銅片，并施加磁場快速衰減其微小振動。如圖，無擾動時，按以下四種方案對銅片施加恒定磁場；擾動發(fā)生后，衰減銅片振動最有效的方案是(A)21。如圖，將柔軟的輕繩on的一端O固定，中間某點(diǎn)M處系上重物，用手拉動繩的另一端N。最初，OM是垂直的，MN是直的，OM和MN的夾角為α(α>π/2)。

掃描隧道顯微鏡(STM)是根據(jù)量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)原理，通過檢測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的一種新型顯微裝置。根據(jù)量子力學(xué)原理，由于電子的隧穿效應(yīng)，金屬中的電子并沒有完全局限在金屬表面，電子云密度在表面邊界并不會突然變?yōu)榱?。在金屬表面外，電子云密度呈指?shù)衰減，衰減長度約為1nm。使用具有原子線性的非常細(xì)的金屬針尖作為探針，它和被研究物質(zhì)(稱為樣品)的表面作為兩個電極。當(dāng)樣品表面與針尖距離很近時(距離小于1 nm)，兩者的電子云略有重疊，如圖2所示。

隧道電流I的大小與針尖和樣品之間的距離s以及樣品表面上平均勢壘的高度有關(guān)，關(guān)系式為，其中a為常數(shù)。如果s的單位是nm和eV，那么在真空條件下，A≈1。可以看出，隧道電流I對針尖和樣品表面之間的距離S極其敏感。如果S減小0.1nm，隧道電流將增加一個數(shù)量級。

掃描電鏡的原理是由最上面的電子槍發(fā)射出數(shù)百束電子束，經(jīng)柵極聚焦后，在加速電壓的作用下，通過由兩個或三個電磁透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，電子束會聚成一束細(xì)電子束，聚焦在樣品表面。掃描線圈安裝在末級透鏡上方，電子束在其作用下在樣品表面掃描。由于高能電子束和樣品物質(zhì)之間的相互作用，產(chǎn)生了各種信息:二次電子、背反射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子。

因?yàn)橥ㄟ^掃描線圈的電流對應(yīng)著顯像管相應(yīng)的亮度，也就是說，當(dāng)電子束擊中樣品上的一點(diǎn)時，顯像管的熒光屏上就會出現(xiàn)一個亮點(diǎn)。這樣，掃描電鏡利用逐點(diǎn)成像的方法，將樣品表面的不同特征按順序按比例轉(zhuǎn)換成視頻信號，完成一幀圖像，這樣我們就可以在熒光屏上觀察樣品了。

掃描探針顯微鏡因其高分辨率(原子分辨率)、實(shí)時、實(shí)空間、原位成像、對樣品無特殊要求(不受其電導(dǎo)率、干燥度、形狀、硬度、純度等限制)而廣泛應(yīng)用于納米技術(shù)和材料領(lǐng)域。)，在大氣、常溫環(huán)境甚至溶液中成像，納米操控和處理功能，相對簡單的系統(tǒng)和匹配等等。作為一種新的顯微工具，SPM與以往的顯微鏡和分析儀器相比有著明顯的優(yōu)勢:首先，SPM具有極高的分辨率。

其次，SPM獲得樣品表面的實(shí)時和真實(shí)的高分辨率圖像。與一些分析儀器不同，樣品的表面結(jié)構(gòu)是通過間接或計(jì)算來估計(jì)的。換句話說，SPM真的看到了原子。第三，放寬了SPM的使用環(huán)境。電子顯微鏡等儀器對工作環(huán)境要求嚴(yán)格，測試前必須將樣品置于高真空中。SPM不僅可以在真空中工作，還可以在大氣、低溫、常溫、高溫甚至溶液中使用。

ScanningProbeMicroscope(SPM)是掃描隧道顯微鏡和各種新型探針顯微鏡(原子力顯微鏡AFM、激光力顯微鏡LFM、磁性顯微鏡MFM等)的統(tǒng)稱。)是在掃描隧道顯微鏡的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是近年來國際上發(fā)展起來的表面分析儀器。它是綜合運(yùn)用光電子技術(shù)、激光技術(shù)、微弱信號檢測技術(shù)、精密機(jī)械設(shè)計(jì)與加工、自動控制技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、應(yīng)用光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)高速采集與控制和高分辨率圖形處理技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，集光、機(jī)、電于一體的高科技產(chǎn)品。

當(dāng)分辨率在納米和原子范圍內(nèi)時，掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力電子顯微鏡(AFM)是當(dāng)今我們可用的最有效的兩種顯微技術(shù)，各有優(yōu)缺點(diǎn)。它們之間的根本區(qū)別在于它們在不同的環(huán)境中運(yùn)行。SEM需要在真空環(huán)境下進(jìn)行，而AFM在空氣或液體環(huán)境下操作。因此，如果要確定液體中細(xì)小顆粒的形態(tài)，AFM更合適。通常，AFM通過將含水樣品和掃描探針置于液體中來掃描含水樣品。因?yàn)锳FM不是基于導(dǎo)電性，所以圖像和掃描模塊在液體中不會受到干擾。

ScanningElectronMicroscope，掃描電子顯微鏡的簡稱，英文名為scanning electron microscope，簡稱SEM。它是一種利用高能電子束掃描固體樣品表面，激發(fā)二次電子、背散射電子、X射線等物理信號的電光儀器，，從而獲得樣品表面的圖像并確定元素組成。掃描電子顯微鏡按其功能由六部分組成:電光系統(tǒng)、信號檢測與放大系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、圖像顯示與記錄系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)(圖51)。