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扫描探针显微技术理论与应用 - 彭昌盛、宋少先、谷庆宝 编著

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扫描探针显微技术理论与应用
出版日期:2007年4月
扫描探针显微镜是一个包括扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描近场光学显微镜、静电力显微镜、磁力显微镜等20多个品种的庞大显微镜家族。这类显微镜的问世不仅仅是显微技术的长足发展，而且标志着一个科技新纪元——纳米科技时代的开始。自问世以来，这类显微镜在物理学、化学、医学、生物学、微电子学与材料科学等领域获得了极为广泛的应用，并一直是国内外科技人员研究的热点。目前在国外，尤其是一些发达国家，原子力显微镜及相关技术已经成为理工科高年级本科生和研究生的必修课程；我国目前也有很多高校和科研院所购买了此类显微镜用于科学研究。随着我国经济的发展，扫描探针显微镜将会在我国得到进一步的普及和推广。本书可作为理工及医学类专业研究生和高年级本科生的必修课或选修课教材，同时也可作为生物、医药、材料、纳米技术、计算机基础研究等领域科研工作者的参考书。本书结合国内外的最新理论和设备发展，以及作者的研究成果，同时在写作过程中吸收了前辈学者和同行的研究成果，书中引用的文献基本都注明了出处，但也有一小部分因融合各家成果，难以一一注明，特在此声明。自1981年扫描隧道显微镜发明到现在这短短20多年，扫描探针显微镜家族一直在不断发展壮大，新的理论和科研成果不断出现，涉及很多全新的领域，有些问题尚未有统一的认识。本书仅代表作者的观点，可能存在一些不足之处，恳请读者能帮助指出，以便今后改正。彭昌盛

2006年8月12日 第1章显微镜的发展历史1

11光学显微镜1

12电子显微镜6

13扫描探针显微镜11

参考文献20

第2章扫描隧道显微镜22

21历史发展22

22STM的原理与结构28

221量子隧道效应28

222压电效应与压电陶瓷31

23STM的系统组成33

231探针扫描系统33

232STM针尖的制备与处理35

233电流检测与反馈系统38

234针尖趋近系统38

235振动隔离系统40

236数据处理与显示系统41

24STM工作模式42

241基本模式42

242衍生模式44

25STM的发展49

参考文献51

第3章原子力显微镜53

31简介53

32AFM原理与结构57

321AFM与STM原理之比较57

322AFM的组成58

33AFM力监测器59

331力传感器60

332光电检测器68

34AFM的工作模式69

341接触模式71

342非接触模式72

343轻敲模式72

344相位成像模式73

345轻敲抬高模式77

35力距离曲线77

参考文献83

第4章扫描近场光学显微镜86

41历史87

42原理与结构90

421近场与远场90

422SNOM结构93

43SNOM探针96

431光纤探针的基本结构96

432探针形状与小孔粗糙度97

433SNOM探针的制备98

44针尖样品间距离的控制102

441SNOM的工作模式102

442SNOM的衬度类型103

443SNOM针尖样品间距离的控制方法105

45商用SNOM107

46应用108

461高分辨率光学成像108

462数据存储111

463局域光谱111

464生命科学应用及单个分子探测112

参考文献115

第5章其他扫描探针显微镜118

51磁力显微镜119

511MFM工作原理119

512MFM与其他显微镜的比较120

513MFM的应用121

52静电力显微镜125

521EFM原理125

522EFM的应用127

523扫描电容显微镜128

53摩擦力显微镜129

54扫描热显微镜133

55扫描离子电导显微镜135

参考文献135

第6章扫描探针显微镜的问题及解决方法138

61微悬臂弹性常数的计算138

611微悬臂弯曲变形弹性常数的计算138

612微悬臂扭曲变形弹性常数的计算148

62针尖与样品间的相互作用155

621力距离曲线155

622微悬臂黏附颗粒157

63针尖污染与清洁162

631污染针尖的鉴别方法162

632污染针尖的清洁方法163

64针尖改性（针尖疏水化）165

641亲水和疏水的AFM针尖165

642针尖的疏水化处理166

65AFM在液相环境中的操作167

651空气环境与液相环境的比较167

652AFM在液相环境中工作时需注意的事项168

653扫描模式与水化膜对扫描成像的影响171

66图像的失真分析与解释173

661针尖宽化与细化效应174

662图像异常——针尖样品间的角度174

663图像异常——针尖残缺176

664图像异常——针尖太大176

665xy轴的线性校正178

666其他导致扫描图像失真的原因179

67增大SPM的扫描范围179

参考文献180

第7章扫描探针显微镜的应用183

71高分辨率扫描成像183

72原子分子搬迁188

721搬迁方式188

722原子分子搬迁举例191

723分子操纵194

724构造新的功能分子和单分子器件196

73微机械加工198

731表面检测198

732表面纳米加工199

74高密度存储203

741概述203

742信息存储材料204

743信息存储技术209

75在线监测214

751生物活体的在线监测214

752物理化学反应过程的在线监测215

76其他领域的应用217

761生物医学217

762膜科学218

763环境科学219

参考文献220 本书可供显微镜专业操作和研究人员阅读，也可以作为纳米材料、生命科学、医学等专业领域的教材及相关研究人员的参考书。 扫描探针显微镜自20世纪80年代初出现以来，在短短20年的时间里，一直是各国科学家
的研究热点，并迅速发展成为一个含20多个品种的庞大显微镜家族。本书共分七章，依次向读者展现：
显微镜的发展历史；
系统介绍扫描隧道显微镜、原子力显微镜和扫描近场光学显微镜等扫描探针显微镜的主要成员；
扼要介绍磁力显微镜、静电力显微镜等其他类扫描探针显微镜；
阐述扫描探针显微镜使用过程中可能遇到的一些问题及相应的处理方法；
论述扫描探针显微镜在各方面的应用。
本书可供显微镜专业操作和研究人员阅读，也可以作为纳米材料、生命科学、医学等专业领域的教材及相关研究人员的参考书。
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