掃描探針顯微鏡與納米科技

掃描探針顯微鏡與納米科技

人類僅僅用眼睛和雙手認(rèn)識(shí)和改造世界是有限的，例如：人眼能夠直接分辨的最小間隔大約為O.07mm；人的雙手雖然靈巧，但不能對(duì)微小物體進(jìn)行精確的控制和操縱。但是人類的思想及其創(chuàng)造性是無(wú)限的。當(dāng)歷史發(fā)展到二十世紀(jì)八十年代，一種以物理學(xué)為基礎(chǔ)、集多種現(xiàn)代技術(shù)為一體的新型表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡（STM）誕生了。STM不僅具有很高的空間分辨率（橫向可達(dá)O.1nm，縱向優(yōu)于O.01nm），能直接觀察到物質(zhì)表面的原子結(jié)構(gòu)；而且還能對(duì)原子和分子進(jìn)行操縱，從而將人類的主觀意愿施加于自然�？梢哉f(shuō)STM是人類眼睛和雙手的延伸，是人類智慧的結(jié)晶。

   基于STM的基本原理，隨后又發(fā)展起來(lái)一系列掃描探針顯微鏡（SPM）。如：掃描力顯微鏡（SFM）、彈道電子發(fā)射顯微鏡（BEEM）、掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微境（SNOM）等。這些新型顯微技術(shù)都是利用探針與樣品的不同相互作用來(lái)探測(cè)表面或界面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。

    納米科學(xué)和技術(shù)是在納米尺度上(0.1nm～1OOnm之間)研究物質(zhì)（包括原子、分子）的特性和相互作用，并且利用這些特性的多學(xué)科的高科技。其最終目的是直接以物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來(lái)的特性，制造具有特定功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛躍。納米科學(xué)大體包括納米電子學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米光學(xué)、納米化學(xué)等領(lǐng)域。

   雖然納米科技的歷史可以追溯到三十多年前著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德·費(fèi)曼在美國(guó)物理年會(huì)上的一次富有遠(yuǎn)見(jiàn)的報(bào)告，但是“納米科技”一詞還是近幾年才出現(xiàn)的，也正是SPM技術(shù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展的時(shí)期。第5屆國(guó)際STM會(huì)議與第1屆國(guó)際納米科技會(huì)議于1990年在美國(guó)同時(shí)召開(kāi)不能不說(shuō)明SPM與納米科技之間存在著必然聯(lián)系、SPM的相繼問(wèn)世為納米科技的誕生與發(fā)展起了根本性的推動(dòng)作用，而納米科技的發(fā)展也將為SPM的應(yīng)用提供廣闊的天地。

   ……

   人們饒有興趣的談?wù)摵退伎贾?1世紀(jì)的科學(xué)與技術(shù)，有人說(shuō)是分子電子學(xué)時(shí)代，也有人說(shuō)是信息時(shí)代。實(shí)際上納米科學(xué)與技術(shù)將是構(gòu)成未來(lái)新時(shí)代的基礎(chǔ)。

   世界上一些發(fā)達(dá)國(guó)家已投巨資，并組織在該領(lǐng)域有影響的科學(xué)家進(jìn)行納米科技研究。美、英、日、德等國(guó)家對(duì)納米科技予以高度重視。美國(guó)真空學(xué)會(huì)成立了納米科學(xué)與技術(shù)部。美國(guó)國(guó)家基金委員會(huì)把納米科技列為優(yōu)先支持的項(xiàng)目，另外美國(guó)與納米科技有關(guān)的資助項(xiàng)目一半以上來(lái)自軍方。英國(guó)政府在財(cái)力困難的情況下也制定了納米技術(shù)計(jì)劃，在機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)等領(lǐng)域遴選了八個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究。日本制定的關(guān)于先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)研究規(guī)劃中有十二個(gè)項(xiàng)目與納米科技有關(guān)。其投資多達(dá)幾十億日元。德國(guó)漢堡大學(xué)應(yīng)用物理系結(jié)構(gòu)研究中心已投資一千萬(wàn)馬克，準(zhǔn)備建造一臺(tái)世界一流的超高真空低溫STM，期望在研究磁單極的存在性這一重要科學(xué)問(wèn)題上有重要突破。
探傷儀| 電子稱| 熱像儀| 頻閃儀| 測(cè)高儀| 測(cè)距儀| 金屬探測(cè)器|
   納米科技的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用直接根植于基礎(chǔ)研究，這與傳統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展規(guī)律不同，從基礎(chǔ)到應(yīng)用的轉(zhuǎn)化是直接的，其轉(zhuǎn)化周期將會(huì)更短。事實(shí)上，納米科技的發(fā)展速度比原先人們估計(jì)的要快，有的已經(jīng)實(shí)用化。納米科技在計(jì)算機(jī)、信息處理、通訊、制造、生物、醫(yī)療和空間領(lǐng)域，尤其在國(guó)防工業(yè)上有巨大的發(fā)展前景。
多用表| 驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)| 
   正如前面在關(guān)于納米科技的概念所述，納米科技是在納米尺度上對(duì)物質(zhì)特性進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，最終利用這種特性來(lái)制造具有特定功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛躍。因而就基礎(chǔ)研究而言，納米科學(xué)有著誘人的前景。因?yàn)樵诩{米尺度上物質(zhì)將表現(xiàn)出新穎的現(xiàn)象、奇特的效應(yīng)和性質(zhì)。而作為一門技術(shù)，納米技術(shù)將為人類提供新穎并具有特定功能的產(chǎn)品和裝置。

   因此，納米科學(xué)技術(shù)充滿著機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)。而STM及其相關(guān)儀器SPM在這機(jī)會(huì)與挑戰(zhàn)中必將獲得更加廣泛的應(yīng)用。

   ……

   納米科技是未來(lái)高科技的基礎(chǔ)，而科學(xué)儀器是科學(xué)研究中必不可少的實(shí)驗(yàn)手段。STM及其相關(guān)儀器（SPM）必將在這場(chǎng)向納米科技進(jìn)軍中發(fā)揮無(wú)法估量的作用。當(dāng)納米科技時(shí)代真正到來(lái)之際，“掃描探針顯微鏡在納米科技中的應(yīng)用”一文才可能最后寫(xiě)上休止符。