扫描探针显微镜实验报告

实验报告

（2）AFM的应用

纳米材料的形貌测定；纳米尺度的物性测量；生物材料的研究；纳米结构加工。

4.SPM概述

（1）SPM的原理

利用压电材料，将电压转变为位移，控制探针在纳米级的距离上对被测样品的表面进行扫描，同时记录扫描过程中探针和样品的相互作用，从而得到样品的表面信息。

）扫描探针显微镜（SPM）与其他显微镜技术的各项性能指标比较

此图所示为立体三维图

如此图所示，样品中该锗粒子上下两边的高度分别为：Z1=10.37531nm ，Z2=17.32571nm，高度差△Z=6.950402nm，两点间距离为32.39466nm，两点间角度差为12.10945°；左右两边的高度分别为Z1=10.00725nm ，Z2=10.25314nm，高度差△Z=0.245891nm，两点间距离为65.05928nm，两点间角度差为0.216548°。

所以，该锗粒子的直径约为65.05928nm，高度约为32.39466nm。

同时，此图有关的值：

《扫描探针显微镜》讲义

《扫描探针显微镜》讲义 2007/11/13 丁喜冬 目次 一扫描探针显微镜（SPM）概述 二扫描力显微镜(SFM)概述 三SFM中的力及其检测技术 四几种常见的SPM 五商品化的SPM仪器的例子 六SPM的应用举例 参考文献： (1)白春礼、田芳、罗克著，扫描力显微术，科学出版社，2000 (2)白春礼编著，扫描隧道显微术及其应用，上海科学技术出版社，1992.10 (3)G..Binning,C.F.Quate,Ch.Gerber. Phys.Rev.Lett 56,930(1986) (4)J. K. H. Ho¨rber1 and M. J. Miles，Scanning Probe Evolution in Biology，Volume302, Science, 7.Nov 2003 (5)Werner A.Hofer, Adam S.Foster, Alexander L.Shluger, Theories of scanning probe microscopes at the atomic scale, Reviews of Modern Physics, V olume75, October 2003.

一扫描探针显微镜（SPM）概述 1、发展背景 1982年，国际商用机器公司（IBM）苏黎世实验室的宾尼（Binning）和罗雷尔（Rohrer）及其同事们研制成功了世界上第一台新型的表面分析仪器——扫描隧道显微镜（Scanning Tunning Microscope, STM）。宾尼和罗雷尔因此而获得1986年的诺贝尔物理学奖。它的出现，使人类第一次能够实时的观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物理、化学性质，被国际科技界公认为80年代十大科技成就之一。随后，STM仪器本身及其相关仪器获得了蓬勃发展，诞生了一系列在工作模式、组成模式及主要性能与STM相似的显微仪器，用来获取STM无法获取的各种信息。这些仪器目前统称为扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope, SPM）。这些仪器的共同特点是：采用尖锐的探针在样品表面扫描的方法来获取样品表面的一些性质。不同的扫描探针显微镜主要是针尖特性及相应针尖-样品相互作用的不同。这些仪器的发明，使人们跨入了原子和分子世界，成为人们认识微观世界的有力工具，在科技和工业方面已经、并且必将继续产生深刻的影响，在材料科学、微电子学、物理、化学、生物学等领域有着重大的意义和广阔的应用前景。 2、SPM的种类 扫描探针显微镜（SPM）家族中目前有近20个成员。由于其技术还在不断发展之中，所以其成员将继续增加。按照工作原理，大致可以分为：与隧道效应有关的显微镜、扫描力显微镜、扫描离子电导显微镜、扫描热显微镜等几类。与隧道效应有关的显微镜是基于量子隧道效应工作的。STM是SPM家族的第一个成员，也是与隧道效应有关的显微镜的典型代表。其成员还包括扫描噪声显微镜（SNM）、扫描隧道电位仪（STP）、弹道电子发射显微镜（BEEM）、光子扫描隧道显微镜（PSTM）等。扫描力显微镜（Scanning Force Microscope,SFM）通过检测探针与样品之间的相互作用力而成像，除了宾尼等人于1986年发明的原子力显微镜（Atomic Force Microscope,AFM）外，应用较广的还有：磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、摩擦力显微镜（LFM）、化学力显微镜（CFM）等。 3、SPM的工作原理 扫描探针显微镜采用尖锐的探针在样品表面扫描的方法来获取样品表面的电、磁、声、光、热等物理的或化学的性质。不同的扫描探针显微镜主要是针尖特性及相应针尖-样品相互作用的不同，即各种扫描探针显微镜除了探针部分外，工作原理是基本一样的。 4、SPM的应用前景 SPM具有的原子和分子尺度上的探测材料性质的能力，因此，SPM无论在基础项目研究还是在技术领域的应用都具有独一无二的优势。目前，SPM已广泛应用于材料科学、物理、化学、生命科学等科研领域，取得了许多重要的研究成果，并推动着这些学科向前发展，出现了一系列新的交叉学科。另外，扫描探针显微镜的应用已不仅仅局限于基础研究方面，它已迅速向工业应用领域扩展。 图1-1 SPM的分类 图1-2 SPM的工作原理

【实验报告】生物实验报告【三篇】

生物实验报告【三篇】 篇1 实验名称:用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动 一、实验目的 1.初步掌握高倍显微镜的使用方法。 2.观察高等植物的叶绿体在细胞质基质中的形态和分布 二、实验原理 高等植物的叶绿体呈椭球状,在不同的光照条件下,叶绿体可以运动,改变椭球体的向,这样既能接受较多的光照,又不至于被强光灼伤。在强光下,叶绿体以其椭球体的侧面朝向光源;在弱光下,叶绿体以其椭球体的正面朝向光源。因此,在不同光照条件下采集的葫芦藓,其小叶内叶绿体椭球体的形状不完全一样。 活细胞中的细胞质处于不断的流动状态，观察细胞质的流动，可以用细胞质基质中的叶绿体的运动做为标志。 三、材料用具 藓类的叶，新鲜的黑藻，显微镜，载玻片，盖玻片，滴管，镊子，刀片，培养皿，铅笔 四、实验过程(见书p30) 1.制作藓类叶片的临时装片 2.用显微镜观察叶绿体

3.制作黑藻叶片临时装片 4.用显微镜观察细胞质流动 五、讨论 1.细胞质基质中的叶绿体是否静止不动，为什么? 2.叶绿体的形态和分布与叶绿体的功能有什么关系? 3.植物细胞的细胞质处于不断的流动状态，这对于活细胞完成生命活动有什么意义? 4.用铅笔画一个叶片细胞，标出叶绿体的大致流动方向。 篇2 实验生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定 一、实验目的 初步掌握鉴定生物组织中还原糖、脂肪、蛋白质的基本方法。 二、实验原理 1.还原糖的鉴定原理生物组织中普遍存在的还原糖种类较多，常见的有葡萄糖、果糖、麦芽糖。它们的分子内都含有还原性基团(游离醛基或游离酮基)，因此叫做还原糖。蔗糖的分子内没有游离的半缩醛羟基，因此叫做非还原性糖，不具有还原性。本实验中，用斐林试剂只能检验生物组织中还原糖存在与否，而不能鉴定非还原性糖。 斐林试剂由质量浓度为0.1g/ml的氢氧化钠溶液和质量浓度为0.05g/ml的硫酸铜溶液配制而成，二者混合后，立即生成淡蓝色的cu(oh)2沉淀。cu(oh)2

实验1 显微镜的使用实验报告

实验1 显微镜的使用实验报告 班级：10生科二班/星期三上午第二大节课/第二小组 姓名：杨袁予童组员：杨方、朱树生 实验时间2113年 3月 6 日 一、实验名称显微镜的使用方法 二、实验目的: 1、掌握显微镜的构造，熟练使用显微镜进行试验观察。 2、能够分析显微镜常见故障的原因，并作适当处理。 三、实验内容： 1、利用高、低倍显微镜和油镜观察一些永久装片。 2、将所观察到的镜像绘制成图片。 三、实验器材: 显微镜、装片或切片等。 四、实验原理： 1、显微镜的用途 显微镜是一种精密的放大仪器，是研究生物学不可缺少的工具。在学习生物学的过程中，要研究许多细微的结构，必须借助显微镜进行观察。 2、显微镜的构造 光学显微镜由机械装置和光学系统两大部分组成，其中光学系统主要包括物镜、目镜、遮光器和光源等。 3、显微镜的成像原理 光学显微镜的光学系统两由大部分组成。由目镜和物镜组成成像系统，由反光镜和旋转光样构成照明系统。

五、实验步骤: 1、低倍镜的使用 （1）取镜和放置：右手握住镜臂,左手托住镜座。把显微镜轻轻地放在实验桌上略偏左、离实验桌边缘5cm为宜。 （2）对光：转动转换器：使低倍物镜正对通光孔(镜端与孔保持2厘米距离)。转动遮光器，使大的光圈对准通光孔。左眼注视目镜内，右眼睁开同时用手转动反光镜对向光源。直到目镜里看到白亮的视野。（3）放置玻片标本：把要观察的装片放在载物台上，有标本的一面向上使标本正对通光孔的中心，然后用压片夹压住。 （4）调节焦距：下降镜筒，侧目注视物镜头，用手旋转粗准焦螺旋直到物镜头接近装片为止。上升镜筒，左眼注视目镜内，用手旋转粗准焦螺旋使镜筒缓缓上升，直到从目镜内看清物像为止。再轻微来回转动细焦螺旋，使物像更清晰。 2、高倍镜的使用 （1）选好目标：一定要先在低倍镜下把需进一步观察的部位调到中心，同时把物像调节最清晰的程度，才能进行高倍镜的观察。 （2）转动转换器：调换上高倍镜头，转换高倍镜时转动速度要慢，并从侧面进行观察（防止高倍镜头碰撞玻片），如高倍镜头碰到玻片，说明低倍镜的焦距没有调好，应重新操作。 （3）调节焦距：转换好高倍镜后，用左眼在目镜上观察。调节细准焦螺旋。如果视野的亮度不合适，可用集光器和光圈加以调节。

原子力显微镜的原理及使用

原子力显微镜的原理及使用 通过近代物理实验课的学习，了解了许多仪器的工作原理以及使用方法，对今后的科研学习有很大的 帮助。其中原子力显微镜就是其中之一，对于做材料方面的专业来说，原子力显微镜在表征物质的表面结 构及性质起着重要的作用。前段时间我们利用AFM对用RF磁控溅射制备的PZT薄膜进行了表征，通过对AFM的使用并查找相关文献，使我对原子力显微镜有了更加深刻的认识。 原子力显微镜，英文：Atomic Force Microscope ，简写： AFM。是一种利用原子,分子间的相互作用力来观察物体表面微观 形貌的新型实验技术.它有一根纳米级的探针,被固定在可灵敏操 控的微米级弹性悬臂上.当探针很靠近样品时,其顶端的原子与样 品表面原子间的作用力会使悬臂弯曲,偏离原来的位置.根据扫描 样品时探针的偏离量或振动频率重建三维图像.就能间接获得样品 表面的形貌或原子成分。 它主要由带针尖的微悬臂、微悬臂运动检测装置、监控其运 动的反馈回路、使样品进行扫描的压电陶瓷扫描器件、计算机控 制的图像采集、显示及处理系统组成。微悬臂运动可用如隧道电 流检测等电学方法或光束偏转法、干涉法等光学方法检测，当针 尖与样品充分接近相互之间存在短程相互斥力时，检测该斥力可获得表面原子级分辨图像，一般情况下分 辨率也在纳米级水平。AFM测量对样品无特殊要求，可测量固体表面、吸附体系等。 一、仪器结构： 在原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）的系统中，可分成三个部分：力检测部分、位置 检测部分、反馈系统。 1、力检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，所要检测的力是原子与原子之间的范德华力。所以在本系统中是 使用微小悬臂（cantilever）来检测原子之间力的变化量。微悬臂通常由一个一般100~500μm长和大约500nm~5μm厚的硅片或氮化硅片制成。微悬臂顶端有一个尖锐针尖，用来检测样品－针尖间的相互作用力。这微小悬臂有一定的规格，例如：长度、宽度、弹性系数以及针尖的形状，而这些规格的选择是依照样品 的特性，以及操作模式的不同，而选择不同类型的探针。 2、位置检测部分 在原子力显微镜（AFM）的系统中，当针尖与样品之间有了交互作用之后，会使得悬臂cantilever摆动，所以当激光照射在微悬臂的末端时，其反射光的位置也会因为悬臂摆动而有所改变，这就造成偏移量 的产生。在整个系统中是依靠激光光斑位置检测器将偏移量记录下并转换成电的信号，以供SPM控制器作 信号处理。 3、反馈系统 在原子力显微镜（AFM）的系统中，将信号经由激光检测器取入之后，在反馈系统中会将此信号当作 反馈信号，作为内部的调整信号，并驱使通常由压电陶瓷管制作的扫描器做适当的移动，以保持样品与针 尖保持一定的作用力。 AFM系统使用压电陶瓷管制作的扫描器精确控制微小的扫描移动。压电陶瓷是一种性能奇特的材料， 当在压电陶瓷对称的两个端面加上电压时，压电陶瓷会按特定的方向伸长或缩短。而伸长或缩短的尺寸与 所加的电压的大小成线性关系。也就是说，可以通过改变电压来控制压电陶瓷的微小伸缩。通常把三个分 别代表X，Y，Z方向的压电陶瓷块组成三角架的形状，通过控制X，Y方向伸缩达到驱动探针在样品表面 扫描的目的；通过控制Z方向压电陶瓷的伸缩达到控制探针与样品之间距离的目的。 原子力显微镜（AFM）便是结合以上三个部分来将样品的表面特性呈现出来的：在原子力显微镜（AFM）的系统中，使用微小悬臂（cantilever）来感测针尖与样品之间的相互作用，这作用力会使微悬臂摆动， 再利用激光将光照射在悬臂的末端，当摆动形成时，会使反射光的位置改变而造成偏移量，此时激光检测 器会记录此偏移量，也会把此时的信号给反馈系统，以利于系统做适当的调整，最后再将样品的表面特性 以影像的方式给呈现出来。 二、工作原理： 将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于 针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬 臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法

扫描探针显微镜原理及其应用-精工

扫描探针显微镜原理及其应用

扫描探针显微镜的历史 General term of a type microscope, which performs surface form observation in minute domain by detecting the physics properties between probe and sample . STM (1981 invention 1987 utilization) AFM (1986 invention 1990 utilization) DFM （Dynamic Force Mode ）FFM (Friction Force Microscope)MFM (Magnetic Force Microscope)VE-AFM (Viscoelasticity AFM)KFM (Surface potential)SNOM Probe Sample surface physical interaction

10 mm 10μm 10 nm 10 nm 10 mm X,Y resolution/m 10μm Z r e s o l u t i o n /m SEM Optical Microscope 10 pm SPM TEM 扫描探针显微镜与其他显微镜在分辨能力上的比较 0.2nm 800μm 15μm Reference ：NIKKEI MICRDEVICES 86.11

High Resolution in 3D image Atomic Image （HOPG）STM（～2nm□） Magnet-Optical Disk MFM（10μm□） Lung cancer cell among culture solution DFM（100μm□） AFM Lithography by oxidization with elec. field Vector Scan（1μｍ□） ~ In Air ，High Vacuum ，Liquid ，Heat ，Cool ，Magnetic Field 扫描探针显微镜的优势 Observation?Analysis ?Processing Topography & Physical property Measurement in various environment Before After

初中生物实验报告

初中生物实验报告 实验一练习使用显微镜 目的要求 1、练习使用显微镜，学会规范的操作方法。 2、能够独立操作显微镜。 3、能够将标本移动到视野中央，并看到清晰的图象。材料用具： 显微镜、e字玻片（写有上字的玻片）、动植物永久玻片、擦镜纸、纱布 方法和步骤 一、取镜和安放 1．右手握住镜臂，左手托住镜座。 2．把显微镜放在实验台上，略偏左（显微镜放在距实验台边缘7厘米左右处）。安装好目镜和物镜。 二、对光 3．转动转换器，使低倍物镜对准通光孔(物镜的前端与载物台要保持2厘米的距离)。 4．把一个较大的光圈对准通光孔。左眼注视目镜内(右眼睁开，便于以后同时画图)。转动反光镜，使光线通过通光孔反射到镜筒内。通过目镜，可以看到白亮的视野。 三、观察

5．把所要观察的玻片标本（也可以用印有“e”字的薄纸片制成）放在载物台上，用压片夹压住，标本要正对通光孔的中心。 6．转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓下降，直到物镜接近玻片标本为止（眼睛看着物镜，以免物镜碰到玻片标本）。 7．左眼向目镜内看，同时反方向转动粗准焦螺旋，使镜筒缓缓上升，直到看清物像为止。再略微转动细准焦螺旋，使看到的物像更加清晰。 注意事项 1、注意安全，不要损伤显微镜、目镜和物镜。 2、材料对准通光孔，用压片夹将玻片压好。 3、下降镜筒时，不要注视目镜，一定要注视物镜，以免损坏玻片标本和物镜镜头。 4、取下玻片标本时要小心; 5、实验完毕，把显微镜的外表擦拭干净。转动转换器，把两个物镜偏到两旁，并将镜筒缓缓下降到最低处。最后把显微镜放进镜箱里，送回原处。 实验二观察人体的基本组织 目的要求： 1．观察人体基本组织的永久切片，认识人体的四种基本组织；2．描述同一种组织中细胞的共同特点；3．描述不同组织中细胞形态上的不同之处；

扫描探针显微镜(scanning

扫描探针显微镜（scanning probe microscope,SPM） 一、 设备简介： 该仪器集成原子力显微镜(AFM)、摩擦力显微镜(LFM)、扫描隧道显微镜(STM)、磁力显微镜(MFM)和静电力显微镜(EFM) 于一体，具有接触、轻敲、相移成像、抬起等多种工作模式，能够提供全部的原子力显微镜 (AFM) 和扫描隧道 (STM) 显微镜成像技术，可以测量样品的表面特性，如形貌、粘弹性、摩擦力、吸附力和磁/电场分布等等。 ●分辨率 原子力显微镜(AFM)：横向 0.26nm, 垂直 1nm（以云母晶体标定） 扫描隧道显微镜(STM)：横向 0.13nm, 垂直 0.1nm（以石墨晶体标定）●机械性能 样品尺寸：最大可达直径12mm，厚度8mm 扫描范围：125X125μm，垂向1μm ●型号： Veeco NanoScope MultiMode扫描探针显微镜 本次培训着重介绍该设备常用模式：Contact Mode AFM 二、AFM独特的优点归纳如下: (l)具有原子级的超高分辨率。理论横向分辨率可达0.1nm，而纵向分辨率更高达0.01nm。，从而可获得物质表面的原子晶格图像。 (2)可实时获得样品表面的实空间三维图像。既适用于具有周期性结

构的表面，又适用于非周期性表面结构的检测。 (3)可以观察到单个原子层的局部表面性质。直接检测表面缺陷、表面重构、表面吸附形态和位置。 (4)可在真空、大气、常温、常压等条件下工作，甚至可将样品浸在液体中，不需要特殊的样品制备技术。 三、AFM的基本原理: AFM基于微探针与样品之间的原子力作用机制。以带有金字塔形微探针的“V”字形微悬臂(Cantilever)代替STM的针尖，当微探针在z向逼近样品表面时，探针针尖的原子与样品原子之间将产生一定的作用力，即原子力，原子力的大小约在10-8~10-12N之间。与隧道电流类似，原子力的大小与探针一样品间距成一定的对应关系，这种关系可以由原子力曲线来表征一般而言，当探针充分逼近样品进入原子力状态时，如两者间距相对较远，总体表现为吸引力;当两者相当接近时，则总体表现为排斥力。原子力变化的梯度约为10-13N/nm。原子力虽然很微弱，但是足以推动极为灵敏的微悬臂并使之偏转一定的角度。因此，微悬臂的偏转量与探针一样品间距成对应关系，在对样品进行XY扫描时，检测这一偏转量，即可获得样品表面的微观形貌。

光学显微镜实验报告

光学显微镜实验报告 通信（1）班赵雯琳1140031 【实验目的】 1·熟悉光学显微镜的构造和工作原理 2·学习使用显微镜测量小长度的方法 【实验仪器】 显微镜，可调狭缝，白光源 【实验原理】 显微镜是用来观察和研究微小物体的助视仪器，它的主要部分是物镜和目镜。为简便起见，吧构造复杂的物镜和目镜视为由单个凸透镜组成，物镜焦距较目镜短。 物体先由物镜放大再由目镜放大观察到该实像。 【实验内容】 1·取出显微镜，置于左前方，便于观察与记录。 2·打开白光源，显微镜进行调光。 3·将可调狭缝置于载物台上，并固定好。 4·调节调焦手轮，使得狭缝的像清晰。 5·调节分划板及焦距，使得分划板观察清晰。 6·调节测微鼓轮，使得分划板的第一个交点位于左狭缝的左端。 7·转动分划板，当第一个交点位于左狭缝时，记下数据，继续转动手轮，当同一个交点位于右侧狭缝时，再次记录数据。 8·将手轮转回左狭缝的左端，再向右端转动，重复7的步骤，记录三组数据。

【数据】 σ=0.01 d=1.65±0.01mm 【误差分析】 1·调节目镜不够准确，使得分划板不是非常地清晰，狭缝板与分划板不处于相对平行的两个平面。 2·手轮的空转需要空间，产生空转误差。 3·视觉的误差使得度数不是非常准确。 【注意事项】 1·狭缝应垂直于显微镜筒的移动方向，使得测量的狭缝下同一水平上。 2·用分划板上的同一点测狭缝的距离，保证测量的狭缝在同一水平上。 3·分划板与狭缝的像必须清晰且在相对平行的两个平面，消除误差。 4·在每次测量中必须保证手轮往同一方向转动，避免空转误差。 5·注意度数采用千分尺的度数方法。

望远镜与显微镜实验报告

望远镜和显微镜 实验报告 BME8鲍小凡15 【实验目的】 （1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解放大率等的概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。 【实验原理】 一、望远镜 1、望远镜的基本光学系统 无穷远处物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。 图1 望远镜的基本光学系统 使用望远镜时，应先调目镜，看清分划板，再调镜筒长度。使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差（中间像落在分划板平面上）。

2、望远镜的视放大率。 记目视光学仪器所成的像对人眼的张角为ω’，物体直接对人眼的张角为ω，则视放大率： tan 'tan ωωΓ= 由几何光路可知： 0'''tan ,tan '''e e y y y f f f ωω= == 因此，望远镜的视放大率： 0' 'T e f f Γ= 实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，利用图二所示的光路图。当物y 较近时，即物距： () 100'1''e L f f f <+ 时，物镜所成的像会位于O e 右侧（实像）或左侧（虚像），经目镜后，即成缩小的实像y’’，于是视放大率： 00'''''T e e f f y f f y Γ= == 图2 测望远镜的视放大率图 3、物像共面时的视放大率。 当望远镜的被观测物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像y’’推远到与物y 在一个平面上来测量。如图三。此时：

''tan ' ,tan y y L L ωω= = 于是可以得到望远镜物像共面时的视放大率： ()() 010''''''e T e L f f y y f L f +Γ= =- 可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 可见，当物距L 1大于20倍物镜焦距时，它和无穷远时的视放大率差别很小。 图3 测望远镜物象共面时的视放大率 二、显微镜 1、显微镜的基本光学系统 显微镜的物镜、目镜都是会聚透镜，位于物镜物方焦点外侧附近的微小物体经物镜放大后先成一放大的实像，此实像再经目镜成像于无穷远处，这两次放大都使得视角增大。为了适于观察近处的物体，显微镜的焦距都很短。 图4 显微镜基本光学系统 使用时需先进行视度调节使分划板叉丝的像位于人眼明视距离处，再调焦使被观察物清晰可见并与分划板叉丝的像无视差。

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扫描探针显微镜（SPM） [显微镜的发展历史及种类] 按照显微镜的发展历史（图1），第一代显微镜是光学显微镜，其分辨率受波长限制，极限分辨率为200纳米。第二代显微镜是电子显微镜，包括透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）, TEM的点分辨率为0.2~0.5nm，晶格分辨率为0.1~0.2nm，而SEM的分辨率为6~10nm，但二者都要求高真空的工作环境，使用成本高。第三代显微镜就是扫描探针显微镜（SPM），包括扫描隧道显微镜（STM）和在STM基础上发展起来的原子力显微镜、磁力显微镜、近场光学显微镜等等。扫描探针显微镜都是靠一根原子线度的极细针尖在被研究物质的表面上方扫描，检测采集针尖和样品间的不同物理量，以此得到样品表面的形貌图像和一些有关的电化学特性。如：扫描隧道显微镜检测的是隧道电流，原子力显微镜镜测试的是原子间相互作用力等等。 图1 光学显微镜和电子显微镜都称之为远场显微镜，因为相对来说样品离成像系统有比较远的距离。成像的图像好坏基本取决于仪器的质

量。而扫描探针显微镜的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，探针和样品之间只有2-3埃的距离，会产生相互的作用，是一种相互影响的耦合体系。我们称它为近场显微镜。它的成像质量不单单取决于显微镜本身，很大程度上受样品本身和针尖状态的影响。 [SPM的原理] 扫描隧道显微镜（STM）是将原子线度的极细探针和被研究物质的表面作为两个电极，当样品与针尖的距离非常接近(通常小于1nm) 时，在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极之间的势垒流向另一电极。由于隧道电流(纳安级)随距离而剧烈变化，让针尖在同一高度扫描材料表面，表面那些“凸凹不平”的原子所造成的电流变化，通过计算机处理，便能在显示屏上看到材料表面三维的原子结构图。STM具有空前的高分辨率(横向可达0.1nm，纵向可达0.01nm),它能直接观察到物质表面的原子结构图，从而把人们带到了纳观世界。 扫描隧道显微镜工作时要检测针尖和样品之间隧道电流的变化，因此它只能直接观察导体和半导体的表面结构。而在研究非导电材料时必须在其表面覆盖一层导电膜，导电膜的存在往往掩盖了样品的表面结构的细节。为了弥补扫描隧道显微镜不能在绝缘表面工作的不足，1986年Binnig、Quate和Gerber发明了第一台原子力显微镜（AFM）。 原子力显微镜是将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品的表面轻轻接触，由于针尖尖端原子

扫描探针显微镜的应用

扫描探针显微镜的应用 根据扫描探针显微镜的种类及特性,可以了解到它的应用范围十分广泛。可以研究材料表而的硬度、摩擦力、粘滞力、弹性等力学性能;研究原子与分子形貌,材料表面的形貌、粗糙度以及各种缺陷;可以测量材料的电、磁特性以及热传导性特性;可应用在生命科学方面,还可以进行纳米测量、纳米刻蚀与加工。1：在有机薄膜材料方面的应用 扫描随道显微镜与原子力显微镜都可以对样品的形貌进行表征,可以观察到有机薄膜分子的排列情况,但是扫描隧道显微镜需要样品制备在导电越底匕而有机薄膜自身并不导电,当薄膜比较厚时,会阻碍系统对隧道电流的探测。对于原子力显微镜则不存在这一限制,有机薄膜可以制备在比较平的云母或硅片上,而且同样可以获得较高分辨率的图像,图1中所示的是在银基底上制备的苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描时工作在非接触区域,采用的是调频模式,图像分辨率达到了分子级别。从分子尺寸的AFM形貌图上我们可以很清楚的观测到分子间距,依此判断出有机薄膜的致密性。在大范围(微米量级)从整体上观察薄膜均匀性时,原子力显微镜也比较方便。 图1 苝四甲酸二酐单分子膜的原子力形貌图,扫描范围30nmX30nm 由于有机薄膜的质地比较软,因此在用接触模式扫描时,会因侧向力过大对薄膜造成划伤,因此常常采用轻敲模式进行扫描。但是我们常常需要通过接触模式

下的力曲线测试,对有机薄膜自身的一些力学特性先有一定的了解,比如弹性、粘滞力等,因为这些有机薄膜自身固有的特性也会影响到扫描成像,之后在通过扫描过程中合理化相应的参数,获得高质量的图像。 2：DPN 纳米加工技术 Mirkin小组发明了一种成为“dip-pen”的纳米加工技术(图2),AFM针尖被当作“笔”,硫醇分子被当作“墨水”,而基底被当作“纸”,吸附在针尖上的硫醇分子借助于针尖和基底之间的水层被转移到基底上的特定区域。然而,这种DPN存在一个明显的缺点就是只能把有机分子“写”在基底上,而且保持所生成结构的长期稳定性是一个重要问题。 图 2 DPN 操作示意图(A)和 DPN 所形成的 ODT 阵列的侧向力图(B)

望远镜和显微镜实验报告材料

大学物理实验报告 【实验名称】望远镜和显微镜 【实验目的】 （1）了解望远镜和显微镜的构造及其放大原理，并掌握其使用方法； （2）了解视放大率等概念并掌握其测量方法； （3）进一步熟悉透镜成像规律。 【实验原理】 （一）望远镜 1．望远镜基本光学系统 基本的望远系统是由物镜和目镜组成的无焦系统，物镜L0的像方焦点'o F与目镜e L的物方焦点e F重合，如图所示。无穷远物体发出的光经物镜后在物镜焦平面上成一倒立缩小的实像，再利用目镜（短焦距）将此实像成像于无穷远处，使视角增大，利于人眼观察。为了利于对远处物体的观测，望远镜物镜的焦距一般较长。 1. 望远镜的基本光学系统 图示望远镜，物镜与目镜均为会聚透镜，这种望远镜称为开普勒望远镜，其优点是可在物镜与目镜之间的中间像平面上安装分划板（其上有叉丝和刻尺）以供瞄准或测量。实验装置中用到的望远镜（如分光计上的望远镜，光杠杆系统中的望远镜等）均为开普勒望远镜，在中间像平面上装有分划板。 实际上，为方便人眼观察，物体经望远镜后一般不是成像于无穷远，而是成虚像于人眼明视距离处；而且为实现对远近不同物体的观察，物镜与目镜的间距即镜筒长度可调，物镜的像方焦点与目镜的物方焦点可能会不重合。使用望远镜时，观察者应先调目镜看清分划板，使分划板成像于人眼明视距离处，再调节望远镜镜筒长度，即改变物镜、目镜间距，使被观察物清晰可见并与分划板叉丝无视差。 2. 望远镜的视放大率 视放大率Γ定义为目视光学仪器所成的像对人眼的张角（记为ω’）的正切与物体直接对人眼的张角（记为ω）的正切之比，即：

tan ' tan ωω Γ= 对图示望远镜，有： y''' tan ,tan ''o e e y y f f f ω=ω== 因此，望远镜的视放大率T Γ为 T o '=' e f f Γ 其中，e f 、'e f 分别是e L 的物方焦距、像方焦距，e f ＝'e f 。 实际测量望远镜无焦系统的视放大率时，可以利用图示光路。 用仪器测出像高''y ，从三角关系可得出： ''''' o o T e e f f y f f y Γ= == 因此无焦系统的视放大率可测出。 测量望远镜的视放大率图 3. 物像共面时的视放大率 当望远镜的被观察物位于有限远时，望远镜的视放大率可以通过移动目镜把像''y 推远到与物y 在一个平面上来测量。如图所示：

扫描探针显微镜在材料科学中的应用

大庆师范学院 本科生毕业论文 扫描探针显微镜在材料科学中的应用 院（系）物理与电气信息工程学院 专业物理学 研究方向 学生姓名 学号 指导教师姓名 指导教师职称 年月日

摘要 本文介绍了扫描探针显微镜的历史，目前国际上各种系列的扫描探针显微镜基本原理、主要特点、研究现状和最新应用情况，重点介绍了扫描探针显微镜在材料科学中的应用。 关键词：扫描探针显微镜；扫描隧道显微镜；原子力显微镜

Abstract This paper introduces the history of scanning probe microscope, the present various series of scanning probe microscope basic principles, main characteristics, research status and the latest application situation, introduced with emphasis the scanning probe microscope and its application in material science. Keywords: Scanning probe microscope; Scanning tunneling microscope; Atomic force microscopy

目录 第一章SPM镜概述 (1) 1.1SPM发展背景 (1) 1.2SPM的种类 (1) 第二章SPM的原理及特点 (3) 2.1STM的原理及应用 (3) 2.1.1 STM基本原理 (3) 2.1.2 STM在材料科学中的应用 (4) 2.1.2.1扫描 (4) 2.1.2.2探伤及修补 (5) 2.1.2.3引发化学反应 (5) 2.1.2.4移动和刻写样品 (5) 2.2AFM的原理及应用 (6) 2.2.1 AFM基本原理 (6) 2.2.2 AFM在材料科学中的应用 (7) 2.2.2.1表面形貌的观测 (7) 2.2.2.2粉体材料的分析 (8) 2.2.2.3纳米材料的分析 (8) 2.2.2.4成分分析 (8) 2.3SPM的特点 (9) 2.3.1 SPM优点及应用 (9) 2.3.2 SPM存在的问题 (10) 2.3.3 SPM的应用前景 (10) 第三章结语 (11) 参考文献 (12)

偏光显微镜实验报告

实验报告 课程名称： 材料科学基础实验 指导老师： 成绩： 实验名称：无机材料偏光显微镜显微结构初识 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 三、主要仪器设备（必填） 五、实验数据记录和处理 七、讨论、心得 二、实验内容和原理（必填） 四、操作方法和实验步骤 六、实验结果与分析（必填） 一、实验目的和要求 偏光显微镜是对透明和半透明矿物岩石进行鉴定及显微结构研究的重要仪器，在使用前 必须了解它的基本构造和使用、调节方法。 熟悉偏光显微镜的基本构造、各部分的性能，用途及使用方法；初步了解偏光显微镜的应用；了解偏光显微镜的构造及其与普通光学显微镜的区别。掌握偏光显微镜的使用、调节 和校正方法。 二、主要仪器设备 XPT-7型偏光显微镜。 构造如下：目镜，销控光栏，勃氏镜，粗动手轮，粗动锁紧手柄，微调手轮，镜身，检偏振镜，物镜，旋转工作台，拉索透镜，聚光镜。 三、实验原理和内容 1、使用前检查： （1）确定起偏振镜或检偏振镜振动方向 （2）起偏振镜与检偏振镜正交 （3）目镜划分板十字线与起偏振镜、检偏振镜振动方向平行

2、物镜中心调节方法如下： （1）观察旋转工作台上的切片，在切片中找一小黑点，使位于目镜十字线中心。 （2）转动工作台，若物镜光轴与工作台中心不一致，黑点即离开十字线中心绕一个圆转动。圆的中心即为工作台的中心。 （3）将小黑点转至Oi （此时小黑点距十字线中心最远）借物镜座上两个调节螺丝调节S 与O 重合，使得小黑点自Oi 移回Ooi 距离一半。 （4）如此循环进行上述三步骤可使物镜光轴与旋转工作台中心重合。 3、用低倍物镜时，应将拉索透镜移出光路，同时用平面反射镜引入光线。用高倍物镜及观察锥光图时，必须将拉索透镜引入光路，为增加视域亮度，可用凹面反射引入光线。聚光镜之实验名称：_ __________________姓名： 学号： 间的可变光栏可调节光量的大小。 4、勃氏镜在一般情况是不用的，只当在高倍物镜下看锥光图时才将勃氏镜加进光路，此时勃氏镜连同目镜构成一个放大镜以观察镜后焦面上的锥光束干涉图。 5、当用人工照明时，需将反射镜拔下，插换上灯室，并在起偏振镜下加蓝色滤光片。调节灯室上的两个螺丝，以使视场均匀。 6、当使用高倍物镜观察时，一般都先用低倍物镜来寻找目标，这时应先调节低倍物镜光轴与旋转工作台中心重合，并预使观察的目标移向视场中心，然后更换上高倍物镜。调换时，将镜筒升高使物镜离开切片，这样可避免因物镜碰到切片而使镜片走动，同时应注意不试物镜调节螺丝走动。 7、在使用过程中必须注意：要先旋转微动手轮，使微动处于中部位置，再转动粗动手轮，将 镜筒下降使物镜靠近切片（从侧面观察）；然后在观察切片的同时再慢慢上升镜筒至看清物体的像为止，这样可避免物镜与切片碰撞而压坏切片和损坏镜头。 装 订 线

扫描探针显微镜

扫描探针显微镜Scanning Probe Microscopy, SPM 孔毅 2010年5月6日

扫描探针显微镜 ?SPM：探测表面性质仪器的一个大家族 ?扫描隧道显微镜（STM） ?原子力显微镜（AFM） ?揭示表面形貌，也可以测量许多表面的其它性质

扫描隧道显微镜(STM) Scanning Tunneling Microscope 1983年，IBM公司苏黎世实验室的两位科学家Gerd Binnig和Heinrich Rohrer发明了扫描隧道显微镜（STM）

1986年诺贝尔物理学奖 ?The Royal Swedish Academy of Sciences has decided to award the 1986 Nobel Prize in Physics by one half to Professor.Ernst Ruska, Fritz-Haber-Institut der Max- Planck-Gesellschaft, Berlin, Federal Republic of Germany,for his fundamental work in electron optics, and for the design of the first electron microscope and the other half, jointly to Dr Gerd Binnig(39岁) and Dr Heinrich Rohrer (53岁), IBM Research Laboratory, Zurich, Switzerland,for their design of the scanning tunnelling microscope

扫描探针显微镜在纳米科技发展中的应用

扫描探针显微镜在纳米科技发展中的应用 纳米科技无疑是时下科研和产业的热点。当物质尺度小到一定程度时，需要用量子力学取代经典力学的观点来描述它的行为。因此，我们的纳米材料往往能表现出完全不同于宏观世界的特性。在科技已经发展到一定程度的今天，纳米世界可以说是我们打开的另一扇大门，里面有无尽的瑰宝等着我们去发现和应用。伴随着纳米研究的深入，新的学科方向也应运而生，像纳米电子学、纳米生物学、纳米材料学等等。可以说我们的世界正走向纳米时代。 标签：扫描探针显微镜；纳米科技；发展 纳米科技的发展离不开各种显微技术的出现，这其中最常见的莫过于大家所熟悉的光学显微镜。在此基础上，为了提高分辨率，人们又设计用电子束代替光子，出现了各种电子显微镜。扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，简称SPM）是一类特殊的显微镜，它涵盖了扫描隧道显微镜（Scanning Tunnelling Microscope，简称STM），原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称AFM），以及在此基础上延伸出的一系列显微模式。顾名思义，这类显微镜是基于纳米探针与样品的作用来成像的。如果将我们熟知的光学显微方法比作是用眼睛看世界的话，那么SPM就是“盲人摸象”。探针就像是显微镜的“手”，触摸着纳米材料的表面，并将它“摸到”的世界告诉大家。 SPM是目前世界上分辨率最高的显微镜，可以在实空间看到单个原子，这是其它显微方法所无法比拟的。同时，SPM直接给出的是三维的立体结果，比起大部分显微镜的二维成像来说，多了一个维度的信息。此外，SPM还具有成像环境多样，应用灵活等优点。这些特质使得SPM表征技术几乎渗透到了纳米科技的各个领域。与此同时，SPM自80年代发明以来，本身也在不断进步。目前已经发展出了几十种探测模式。这类独特的显微技术正伴随了纳米科技的发展，而展现出强大的生命力。 扫描探针显微镜（Bruker Gmbh，Fastscan） 扫描探针显微镜发展历史 SPM的诞生于1981年，第一成员是扫描隧道显微镜（STM）。1981年，IBM 实验室的Binning 和Rohrer采用对探针和样品间的遂道电流的反馈控制，实现对样品表面轮廓的探测。STM所达到的效果是惊人的，Binning 和Rohrer直接看到了硅表面的单个原子。STM作为扫描探针显微镜家族的第一个成员，为以后SPM的迅猛发展奠定了基础。而实现实空间原子成像也使STM成为目前分辨率最高的显微镜。Binning 和Rohrer也因此获得了1986年诺贝尔物理学奖。 STM虽然惊艳，但美中不足的是只能对导电样品成像，无法用于绝缘样品。1986年，IBM公司Binning和Stanford大学的Quate研发出了原子力显微镜（AFM），弥补了STM的不足。AFM的出现给SPM这个家族带来了极大的发

自组显微镜实验报告

自组显微镜 显微镜由一个透镜或几个透镜的组合构成的一种光学仪器，用来放大微小物体的像，是放大虚像的透镜系统。当把待观察物体放在物镜焦点外侧靠近焦点处时，在物镜后所成的实像恰在目镜焦点内侧靠近焦点处，经目镜再次放大成一虚像，观察到的是经两次放大后的倒立虚像。 【实验目的】 1、了解显微镜的基本原理和结构，并掌握其调节、使用和测量放大率的一种方法。 2、了解视觉放大率的概念并掌握其测量方法。 3、进一步熟悉透镜的成像规律。 【实验仪器】 光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源S 、1/10mm 分划板F 、显微物镜L 0（焦距f 0＝1.5cm ）、显微目镜Le （去掉物镜头的读数显微镜，焦距f e ＝1.25cm ）、读数显微镜架SZ －38、二维调整架SZ －07（2个）、底座4个。 【实验原理】 由于人眼分辩能力的限制，在观察远处物体或微小物体时，分辩不清物体的细节。为此人们发明了望远镜、放大镜、显微镜等仪器以增大对眼的视角。仪器增大视角的能力用视角放大率来描述。若人眼通过光学仪器观察物体时（实际是物体的像）的张角为φ，不通过光学仪器直接观察物体的张角为ψ，则视角放大率M 定义为：

显微镜的光学系统如图所示，它的物镜L0和目镜Le都是会聚透镜。被观察的物体y1位于物镜前面一倍焦距f0和二倍焦距之间，经物镜L0后成倒立放大实像y2，y2应成像在Le的第一焦点f e之内，经过目镜Le后成一放大的虚像y3。y3应该位于人的明视距离处。为了适合观察近处的小物体，显微镜物镜L0的焦距f0应该选取比较小，一般在12.5-30.0mm左右。目镜主要作为放大镜，观察中间像y2。 显微镜的视角放大率M定义为最后的虚像和物体在明视距离处对人眼的张角之比。 由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积。其中，D＝250mm为明视距离，△为显微镜的物镜与目镜焦点之间的距离，称为光学间隔。 【实验内容】 1、用已知焦距的透镜组组装显微镜。 2、计算显微镜的放大倍数。 【实验步骤】 图2 实验光路图 1．带有毛玻璃的白炽灯光源S； 2. 1/10mm分划板F1；3．二维调整架SZ-07；4．物镜Lo：f o=15mm；5．5、二维调整架SZ-07；6．测微目镜Le （去掉物镜头的读数显微镜）；7．读数显微镜架SZ-38；8．三维底座SZ-01；9．一维底座SZ-03；10．一维底座SZ-03；11．通用底座SZ-04