掃描電子顯微鏡在材料科學(xué)研究中都有哪些應(yīng)用

        它主要由帶針尖的微懸臂梁、微懸臂梁運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置、監(jiān)測(cè)其運(yùn)動(dòng)的反饋回路、掃描樣品的壓電陶瓷掃描裝置和計(jì)算機(jī)控制的圖像采集、顯示和處理系統(tǒng)組成。 .懸臂的運(yùn)動(dòng)可以通過隧道電流檢測(cè)等電學(xué)方法或光束偏轉(zhuǎn)、干涉測(cè)量等光學(xué)方法進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)排斥力可以獲得表面原子級(jí)分辨率的圖像。在這種情況下，分辨率也是納米級(jí)的。 AFM測(cè)量對(duì)樣品無特殊要求，對(duì)樣品無需特殊處理。固體表面、吸附系統(tǒng)等只能在大氣中進(jìn)行測(cè)量，可以獲得三維表面粗糙度等信息。
        的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
        好處
        原子力顯微鏡觀察到的圖像
        與掃描電子顯微鏡相比，AFM有很多優(yōu)點(diǎn)。與只能提供二維圖像的電子顯微鏡不同，AFM 提供真正的三維表面圖。同時(shí)，AFM 不需要對(duì)樣品進(jìn)行任何特殊處理，例如鍍銅或鍍碳，否則會(huì)對(duì)樣品造成不可逆的損壞。第三，電子顯微鏡需要在高真空條件下工作，而原子力顯微鏡在常壓甚至液體環(huán)境下都能很好地工作。這可用于研究生物大分子甚至活的生物組織。
        缺點(diǎn)
        與掃描電子顯微鏡（SEM）相比，AFM的缺點(diǎn)是成像范圍太小，速度慢，探針的影響太大。原子力顯微鏡（Atomic Force Microscope）是繼掃描隧道顯微鏡之后發(fā)明的一種具有原子級(jí)高分辨率的新型儀器?？稍诖髿夂鸵后w環(huán)境中對(duì)各種材料和樣品進(jìn)行納米物理性能分析。包括形態(tài)學(xué)檢測(cè)或直接納米操作；已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、納米功能材料、生物、化學(xué)工程、食品、醫(yī)學(xué)研究以及科研院所的各種納米相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域，成為納米科學(xué)的基礎(chǔ)研究工具。與掃描隧道顯微鏡相比，原子力顯微鏡可以觀察非導(dǎo)電樣品，因此具有更廣泛的適用性。目前廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)的掃描力顯微鏡（Scanning Force Microscope），是以原子力顯微鏡為基礎(chǔ)的。
        應(yīng)用領(lǐng)域
        隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生命科學(xué)開始向定量科學(xué)方向發(fā)展。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)的研究重點(diǎn)已成為生物大分子，特別是核酸與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系及相關(guān)功能。由于 AFM 具有廣泛的工作范圍，因此它可以以高分辨率直接對(duì)自然狀態(tài)（空氣或液體）的生物醫(yī)學(xué)樣品進(jìn)行成像。因此，原子力顯微鏡已成為研究生物醫(yī)學(xué)樣品和生物大分子的重要工具之一。 AFM的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面：生物細(xì)胞表面形態(tài)的觀察；觀察生物大分子的結(jié)構(gòu)和其他性質(zhì)；觀察生物分子間的力譜曲線。
        
        掃描隧道顯微鏡又稱“掃描隧道顯微鏡"或“隧道掃描顯微鏡"，是一種利用量子理論中的隧道效應(yīng)來探測(cè)物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)的儀器。它于 1981 年由 Gerd Binning (G. Binnig) 和 Heinrich Rohrer (H. Rohrer) 在瑞士蘇黎世的 IBM 蘇黎世實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。這兩位發(fā)明家因此與恩斯特·魯斯卡合作，共同獲得了 1986 年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
        掃描隧道顯微鏡簡稱STM。作為掃描探針顯微鏡工具，掃描隧道顯微鏡使科學(xué)家能夠觀察和定位單個(gè)原子。它具有比同類原子力顯微鏡更高的分辨率。此外，掃描隧道顯微鏡可以利用探針的jian  端在低溫（4K）下精確操縱原子，因此它既是納米技術(shù)中的重要測(cè)量工具，又是加工工具。
         STM使人類shou次能夠?qū)崟r(shí)觀察到單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)以及與表面電子行為相關(guān)的物理化學(xué)性質(zhì)。它在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中具有重要意義和廣泛性。其應(yīng)用前景被國際科學(xué)界*為1980年代世界shi大科技成果之一。
        具體應(yīng)用
        掃描
        當(dāng) STM 工作時(shí)，探針將足夠靠近樣品以產(chǎn)生高度空間受限的電子束。因此，在成像工作中，STM具有非常高的空間分辨率，可用于科學(xué)觀測(cè)。
        缺陷檢測(cè)與修復(fù)
        STM可以在表面加工過程中實(shí)時(shí)對(duì)表面形貌進(jìn)行成像，以發(fā)現(xiàn)表面各種結(jié)構(gòu)的缺陷和損傷，并利用表面沉積和蝕刻的方法建立或切斷連接導(dǎo)線以消除缺陷，達(dá)到修復(fù)的目的，然后可以使用STM成像檢查修復(fù)結(jié)果的好壞。