原子力显微镜和表征

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原子力显微镜和表征之间的区别

原子力显微镜 vs. 表征

原子力显微镜（atomic force microscope，简称AFM），也称扫描力显微镜（scanning force microscope，SFM）是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜，优于光学衍射极限1000倍。原子力显微镜的前身是扫描隧道显微镜，是由IBM苏黎士研究实验室的海因里希·罗雷尔（Heinrich Rohrer）和格尔德·宾宁（Gerd Binnig）在上世纪80年代早期发明的，他们之后因此获得1986年的诺贝尔物理学奖。 格爾德·賓寧、魁特（Calvin Quate）和格勃（Gerber）于1986年发明第一台原子力显微镜，而第一台商业化原子力显微镜于1989年生产的。AFM是在纳米尺度操作材料，及其成像和测量最重要的工具。信息是通过微悬臂感受和悬臂上尖细探针的表面的“感觉”来收集的，而压电元件可以控制样品或扫描器非常精确的微小移动，用导电悬臂（cantilever）和导电原子力显微镜附件则可以测量样品的电流偏压；更高级的仪器则可以测试探针上的电流来测试样品的电导率或下表面的电子的移动，不过这种测试是非常艰难的，只有个别实验室报道了一致的数据。利用微悬臂感受和放大悬臂上尖细探针與受測樣品原子之间的作用力，从而达到检测的目的，具有原子级的分辨率。由于原子力显微镜既可以观察导体，也可以观察非导体，从而弥补了扫描隧道显微镜的不足。 原子力显微镜是由IBM公司苏黎世研究中心的格尔德·宾宁与斯坦福大学的Calvin Quate于一九八五年所发明的，其目的是为了使非导体也可以采用類似扫描探针显微镜（SPM）的观测方法。原子力显微镜（AFM）与扫描隧道显微镜（STM）最大的差别在于并非利用电子穿隧效應，而是检测原子之间的接触，原子键合，范德瓦耳斯力或卡西米爾效應等来呈现样品的表面特性。. 表征（characterization）一词为化学及材料科学术语，指用物理或化学方法对物质进行化学性质的分析、测试或鉴定，并阐明物质的化学特性。此概念包括很多具体手段，包括各种显微技术、紫外-可见-红外光谱、衍射、电子光谱、质谱等；所表征的特性包括元素组成（化学成分）、元素的化学环境（成键情况）、材料的晶体结构、材料的表面形态等。.

化学键

化學鍵（Chemical Bond）是一種粒子間的吸引力，其中粒子可以是原子或分子。透過化學鍵，粒子可組成多原子的化學物質。鍵由兩相反電荷間的電磁力引起，電荷可能來自電子和原子核，或由偶極子造成。化學鍵種類繁多，其能量大小、鍵長亦有所不同。 在原子中，帶負電、繞原子核運行的電子與核內帶正電的質子互相吸引，而位於兩原子核之間的電子則皆受兩方吸引。因此，原子核和電子間最穩定的組態，是當電子位處兩原子核間之時。這些電子使原子核能夠彼此相吸，形成所謂的化學鍵。然而，化學鍵並不能減少個別粒子所構成的體積。由於電子的質量較小且具有物質波性質，它們相較於原子核而言佔據了極大部分的體積，使原子核之間距離較遠。 一般而言，強化學鍵的形成伴隨著原子間電子的共用或轉移。分子、晶體、金屬和雙原子氣體，事實上幾乎生活中所有外在環境，都是由化學鍵所維繫而來；它決定了物質的結構。.

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扫描电子显微镜

扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，缩写为SEM），简称扫描电镜，是一种电子显微镜，其通过用聚焦电子束扫描样品的表面来产生样品表面的图像。 电子与样品中的原子相互作用，产生包含关于样品的表面测绘学形貌和组成的信息的各种信号。电子束通常以图案扫描，并且光束的位置与检测到的信号组合以产生图像。扫描电子显微镜可以实现分辨率优于1纳米。样品可以在高真空，低真空，湿条件（用环境扫描电子显微镜）以及宽范围的低温或高温下观察到。 最常见的扫描电子显微镜模式是检测由电子束激发的原子发射的二次电子（secondary electron）。可以检测的二次电子的数量，取决于样品测绘学形貌，以及取决于其他因素。通过扫描样品并使用特殊检测器收集被发射的二次电子，创建了显示表面的形貌的图像。它还可能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，鉴定样品的表面结构。.

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扫描隧道显微镜

扫描隧道显微镜（scanning tunneling microscope，缩写为STM），是一种利用量子隧穿效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德·宾宁及海因里希·罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与电子显微镜的发明者恩斯特·鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。 扫描隧道显微镜技术是扫描探针显微术的一种，基于对探针和表面之间的隧穿电流大小的探测，可以观察表面上单原子级别的起伏。此外，扫描隧道显微镜在低温下可以利用探针尖端精确操纵单个分子或原子，因此它不仅是重要的微纳尺度测量工具，又是颇具潜力的微纳加工工具。.

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