扫描探针显微技术理论与应用

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
2.2 STM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
2.3 STM的系统组成33
2.3.1 探针扫描系统33
2.3.2 STM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
2.4 STM工作模式42
2.4.1 基本模式42
2.4.2 衍生模式44
2.5 STM的发展49
参考文献51
第3章 原子力显微镜53
3.1 简介53
3.2 AFM原理与结构57
3.2.1 AFM与STM原理之比较57
3.2.2 AFM的组成58
3.3 AFM力监测器59
3.3.1 力传感器60
3.3.2 光电检测器68
3.4 AFM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
4.2.2 SNOM结构93
4.3 SNOM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
4.3.3 SNOM探针的制备98
4.4 针尖样品间距离的控制102
4.4.1 SNOM的工作模式102
4.4.2 SNOM的衬度类型103
4.4.3 SNOM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
5.1.1 MFM工作原理119
5.1.2 MFM与其他显微镜的比较120
5.1.3 MFM的应用121
5.2 静电力显微镜125
5.2.1 EFM原理125
5.2.2 EFM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
6.5 AFM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
6.5.2 AFM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
6.6.5 x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