Applied Scanning Probe Methods pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Bhushan, Bharat (EDT)/ Fuchs, Harald (EDT)

出品人:

頁數:235

译者:

出版時間:

價格:1536.00

裝幀:

isbn號碼:9783540850366

叢書系列:

圖書標籤:

• Scanning Probe Microscopy
• SPM
• AFM
• STM
• NSM
• Nanotechnology
• Surface Analysis
• Materials Science
• Physics
• Engineering

《納米世界的精確繪者：探秘掃描探針顯微技術》 在這物質世界由原子和分子構成的微觀尺度上，人類的探索從未止步。從宏觀的星辰大海到微觀的物質基石，我們不斷突破視野的極限，試圖理解和操縱構成萬物的基本單元。而要深入這個肉眼無法企及的納米尺度，需要一套非凡的工具，一種能夠“看”清原子層麵結構，甚至“觸摸”到原子之間相互作用的技藝。《納米世界的精確繪者：探秘掃描探針顯微技術》正是這樣一本為你揭示這一尖端科學領域奧秘的書籍。 這本書將帶你踏上一段激動人心的旅程，深入瞭解掃描探針顯微技術（Scanning Probe Microscopy, SPM）這個強大而多樣的傢族。它不是一本簡單羅列設備參數的說明書，而是一部描繪 SPM 如何成為現代科學研究中不可或缺的“納米顯微鏡”的史詩。我們將從 SPM 的基本原理齣發，一步步剖析其工作的精妙之處，讓你不僅知其然，更知其所以然。 第一章：從宏觀到微觀的飛躍——顯微成像的曆史與SPM的誕生 在翻開 SPM 的世界之前，我們不妨先迴顧一下人類探索微觀世界的漫長曆程。從早期的光學顯微鏡，到強大的電子顯微鏡，每一次技術的革新都極大地拓展瞭我們的視野。然而，這些技術在分辨率、樣品製備以及信息獲取方麵仍存在局限。本書將追溯顯微成像技術的發展脈絡，特彆是電子顯微鏡帶來的突破，並重點闡述 SPM 齣現的曆史背景和其解決的關鍵科學問題。你將瞭解到，SPM 的齣現並非偶然，而是順應瞭科學發展的必然需求，特彆是對錶麵形貌、電子性質以及更精細力學信息的迫切渴望。我們將深入探討，為什麼 SPM 能夠突破光學衍射極限，甚至超越電子顯微鏡的某些限製，開闢齣全新的研究維度。 第二章：針尖下的舞動——SPM的基本成像原理 SPM 的核心魅力在於它能夠以極高的分辨率“掃描”物質錶麵。本章將詳細解析 SPM 的核心工作原理。我們不會迴避那些聽起來略顯復雜的概念，而是用清晰、生動的語言將其娓娓道來。你將瞭解到，SPM 的成像並非依賴於光或其他穿透性粒子，而是利用一個極其微小的探針（針尖）與樣品錶麵原子之間的相互作用力。這些作用力，如範德華力、靜電力、磁力等，在原子尺度上錶現得尤為顯著。 我們將重點介紹 SPM 的兩種核心工作模式： 原子力顯微鏡（Atomic Force Microscopy, AFM）：這是 SPM 最為人熟知和廣泛應用的一種技術。本章將深入解析 AFM 的工作方式，包括其兩種主要的操作模式：接觸模式（Contact Mode）和非接觸模式（Non-contact Mode），以及更為先進的輕敲模式（Tapping Mode）。你將理解探針如何通過感應錶麵形貌而産生的彈力變化，並將其轉化為三維的錶麵圖像。我們會詳細講解壓電陶瓷驅動器如何實現納米級的精確定位，以及反饋係統如何確保探針始終與錶麵保持恒定的相互作用，從而實現高分辨率的成像。 掃描隧道顯微鏡（Scanning Tunneling Microscopy, STM）：作為 SPM 的鼻祖，STM 具有獨特的優勢，尤其是在研究導電樣品錶麵電子態方麵。本章將深入闡述 STM 的量子力學基礎——隧道效應。你將理解當探針與導電樣品錶麵非常接近時，電子會通過勢壘“隧道”而過，産生微小的隧道電流。正是這種電流對探針與樣品之間距離極其敏感的特性，使得 STM 能夠以原子級的分辨率成像，並提供關於錶麵電子結構的重要信息。我們將探討 STM 的三種主要成像模式：恒高模式（Constant Height Mode）和恒流模式（Constant Current Mode），以及它們各自的適用範圍和優缺點。 第三章：SPM大傢族——多樣化的探測技術與應用 SPM 的力量遠不止於簡單的形貌成像。它的探針可以被“定製”，以探測樣品錶麵的各種物理性質。本章將為你打開 SPM 的“工具箱”，介紹 SPM 的各種衍生技術，它們在各自領域都發揮著舉足輕重的作用。 磁力顯微鏡（Magnetic Force Microscopy, MFM）：如果你對磁性材料的微觀結構和磁疇分布感到好奇，MFM 將是你的理想選擇。本章將介紹 MFM 的工作原理，它利用帶有磁性的探針來探測樣品錶麵磁場的梯度。你將瞭解到 MFM 如何繪製齣納米尺度上的磁疇結構，對於研究磁存儲材料、磁性納米粒子等至關重要。 靜電力顯微鏡（Electrostatic Force Microscopy, EFM）：ESM 能夠揭示樣品錶麵的電荷分布和電勢差異。本章將解釋 EFM 如何通過感應樣品錶麵電荷産生的靜電力來成像。這將幫助你理解在半導體器件、介電材料等研究中的應用。 化學力顯微鏡（Chemical Force Microscopy, CFM）：CFM 進一步拓展瞭 SPM 的功能，它允許研究人員探測樣品錶麵的化學性質，例如官能團分布、相互作用力譜等。本章將介紹 CFM 如何通過在探針尖端修飾特定的化學基團，來識彆和測量錶麵不同區域的化學吸引力或排斥力。 力譜（Force Spectroscopy）：SPM 的一個強大之處在於它能夠進行“力學探測”。本章將深入介紹力譜技術，這是一種通過改變探針與樣品之間的距離，並測量其相互作用力來獲取信息的技術。你將瞭解到如何通過力譜來測量材料的楊氏模量、粘附力、聚閤物鏈的伸展動力學等，這在生物力學、材料科學領域具有極其重要的意義。 納米壓痕與納米機械性能測量：SPM 平颱也可以被集成納米壓痕儀，實現納米尺度的材料力學性能測試。本章將介紹如何利用 SPM 探針進行納米壓痕實驗，測量材料的硬度、彈性模量等，對於評估納米材料和薄膜的力學性能至關重要。 第四章：SPM的硬件構成與操作要點 要成功運用 SPM，理解其硬件構成和掌握操作要點至關重要。本章將為你一一解析 SPM 的關鍵組成部分： 探針（Tip）：探針是 SPM 的“眼睛”和“手”。我們將詳細介紹不同類型的探針，如矽探針、氮化矽探針，以及它們在不同應用中的選擇標準。你還將瞭解到探針的幾何形狀、尖端半徑對成像質量的巨大影響。 壓電陶瓷掃描器（Piezoelectric Scanner）：這是 SPM 實現高精度掃描的關鍵。本章將解釋壓電陶瓷材料的工作原理，以及它如何將電信號轉化為精確的納米位移，從而驅動探針在樣品錶麵進行掃描。 反饋係統（Feedback Loop）：反饋係統是 SPM 成像質量的保證。我們將深入分析反饋係統的作用，以及它如何實時監測探針與樣品之間的相互作用，並自動調整探針的高度或掃描速度，以維持預設的掃描條件。 振動隔離係統（Vibration Isolation System）： SPM 對環境振動極其敏感，因此良好的振動隔離是必不可少的。本章將介紹常見的振動隔離方法，以及它們如何最大限度地減少外界乾擾對成像精度的影響。 操作環境：本章還將討論 SPM 的操作環境要求，包括真空度、溫度控製、防塵等，以及這些環境因素如何影響實驗結果。 第五章：SPM在科學前沿的廣泛應用 SPM 的強大功能使其在眾多科學領域都扮演著不可替代的角色。本章將為你展示 SPM 在不同研究前沿的精彩應用案例。 材料科學：從新材料的設計與開發，到材料錶麵改性與失效分析，SPM 提供瞭前所未有的洞察力。你將瞭解到 SPM 如何用於研究納米顆粒的形貌與分布、薄膜的結晶過程、以及材料在不同環境下的錶麵變化。 凝聚態物理：SPM 是研究固體錶麵電子結構、量子現象的利器。我們將探討 SPM 如何用於觀測錶麵超結構、研究單原子吸附、以及探索二維材料的電子特性。 生物科學：SPM 在生物學領域同樣大放異彩。你將瞭解到 SPM 如何用於成像 DNA 分子、蛋白質結構、細胞膜錶麵，以及研究生物分子間的相互作用力，這為理解生命活動的微觀機製提供瞭關鍵綫索。 化學：SPM 在錶麵化學反應研究、催化劑性能評估等方麵也發揮著重要作用。本章將展示 SPM 如何幫助科學傢們理解反應機理，優化催化劑設計。 納米技術與納米製造：SPM 不僅是“看”的工具，更是“做”的工具。我們將介紹 SPM 的納米加工能力，例如通過 SPM 探針進行納米刻蝕、納米圖案化，甚至原子尺度的組裝，為未來的納米器件製造奠定基礎。 第六章：SPM的挑戰與未來展望 盡管 SPM 已經取得瞭巨大的成就，但它仍然麵臨著一些挑戰，並且擁有廣闊的發展前景。本章將探討 SPM 在分辨率提升、成像速度、信息獲取維度以及自動化程度等方麵存在的挑戰，並展望 SPM 的未來發展趨勢。你將瞭解到，隨著技術的不斷進步，SPM 將變得更加強大、智能，並在更廣泛的領域發揮其獨特的作用，繼續引領我們探索納米世界的奧秘。 《納米世界的精確繪者：探秘掃描探針顯微技術》將為你打開一扇通往微觀世界的大門。它不僅會教會你 SPM 的原理和技術，更會激發你對物質世界本質的好奇心，讓你深刻理解人類如何通過智慧和技術，不斷拓展我們對宇宙的認知邊界。無論你是學生、研究人員，還是對科學探索充滿熱情，這本書都將是你深入瞭解 SPM 及其在科學前沿應用的寶貴指南。

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