顯微設(shè)備課件

顯微設(shè)備熟練掌握儀器使用要具備：膽大心細(xì)有備而來主講內(nèi)容顯微鏡種類熒光顯微鏡原子力顯微鏡常見顯微鏡不同分類顯微鏡圖片符號含義簡介注意事項(xiàng)原理應(yīng)用光學(xué)顯微鏡

*S衍射屏觀察屏a剛可分辨不可分辨衍射效應(yīng)r~0.2um（3000倍）最小分辨距離：阿貝公式

1938年：第一臺透射電子顯微鏡（TEM）。1952年：第一臺掃描電子顯微鏡（SEM）。電子顯微鏡的分辨率可以達(dá)到納米級（10-9m）。電子顯微鏡樣品處理過程復(fù)雜要在高真空的環(huán)境下操作電子波長比可見光短得多。制成電子顯微鏡將具有更高的分辨本領(lǐng)。scanningtunnelingMicroscopy(STM，1982)掃描隧道顯微鏡Atomicforcemicroscopy(AFM)LateralForceMicroscopy(LFM)橫向力MagneticForceMicroscopy(MFM)磁力ElectrostaticForceMicroscopy(EFM)靜電力ChemicalForceMicroscopy(CFM)化學(xué)力NearFieldScanningOpticalMicroscopy(NSOM)近場掃描掃描探針顯微鏡SPM

SPM是指在STM基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一大類顯微鏡，通過探測極小探針與表面之間的物理作用量如光、電、磁、力等的大小而獲得表面信息。醫(yī)學(xué)常用顯微鏡暗視野顯微鏡實(shí)體顯微鏡熒光顯微鏡偏光顯微鏡相差顯微鏡倒置顯微鏡微分干涉顯微鏡（DIC）攝影顯微鏡1.符號注意事項(xiàng)1、顯微鏡不論在使用或者存放時應(yīng)在穩(wěn)固的平臺上，同時應(yīng)避免灰塵、潮濕、過冷、過熱及含有酸堿性的蒸汽2、所有鏡頭表面必須保持清潔，落在鏡頭表面的灰塵，可用吸耳球吹去，也可用軟毛刷輕輕的撣去掉。3、當(dāng)鏡頭表面沾有油污或指紋時，可用脫脂棉或擦鏡紙蘸少許無水乙醇和乙醚的混合液（3:7）輕輕擦拭。4、不能用有機(jī)溶液清擦其它部件表面，特別是塑料部件，可用軟布蘸少量中性洗滌劑清擦。在任何情況下操作人員不能用棉團(tuán)、干布塊或干鏡頭紙擦拭鏡頭表面，否則會刮傷鏡頭表面，嚴(yán)重?fù)p壞鏡頭；也不要用水擦試鏡頭，這樣會在鏡頭表面殘留一些水漬，因而可能滋生霉菌，嚴(yán)重?fù)p壞顯微鏡。5、顯微鏡盡可能不移動，若需移動應(yīng)輕拿輕放，避免碰撞。微調(diào)操作時，要緩慢，不可動作過大。6、不允許隨意自行拆卸儀器，特別是中間光學(xué)系統(tǒng)或重要的機(jī)械部件，以免降低儀器的使用性能。數(shù)碼互動實(shí)驗(yàn)室原子力顯微鏡

AtomicForceMicroscopy主要內(nèi)容基本原理應(yīng)用

1982年，GerdBinnig和HeinrichRohrer發(fā)明掃描隧道顯微鏡（STM)，獲得1986年的諾貝爾物理學(xué)獎。賓尼羅雷爾基本原理在STM基礎(chǔ)上發(fā)展而來——STM原理基本原理在STM基礎(chǔ)上發(fā)展而來電子隧道效應(yīng)

隧道電流隨探針樣品間距離減小而呈指數(shù)增加．d<1nm——STM原理樣品導(dǎo)電性要好

1986，IBM，葛·賓尼（G.Binnig）發(fā)明了原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope,AFM)——新一代表面觀測儀器．原理：利用原子之間的范德華力（VanDerWaalsForce）作用來呈現(xiàn)樣品的表面特性基本原理samplescannercantileverphotodetectorlaserdiode微懸臂激光二極管光電檢測器基本原理AFM信號反饋模式基本原理力檢測部分光學(xué)檢測部分反饋電子系統(tǒng)壓電掃描系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)儀器構(gòu)成接觸模式(contactmode)非接觸模式(non-contactmode)輕敲模式(tapping/intermittentcontactmode)

vanderWaalsforcecurve工作模式針尖始終向樣品接觸并簡單地在表面上移動，針尖—樣品間的相互作用力是互相接觸原于的電子間存在的庫侖排斥力，其大小通常為10－8—10－11N。vanderWaalsforcecurve工作模式-接觸模式d＜０.０３nm優(yōu)點(diǎn)：可產(chǎn)生穩(wěn)定、高分辨圖像。缺點(diǎn)：可能使樣品產(chǎn)生相當(dāng)大的變形，對柔軟的樣品造成破壞，以及破壞探針，嚴(yán)重影響AFM成像質(zhì)量。工作模式-接觸模式相互作用力是范德華吸引力，遠(yuǎn)小于排斥力.

vanderWaalsforcecurved:5~20nm振幅：2nm～5nm工作模式-非接觸模式范德華吸引力微懸臂以共振頻率振蕩，通過控制微懸臂振幅恒定來獲得樣品表面信息的。

優(yōu)點(diǎn)：對樣品無損傷

缺點(diǎn)：

1）分辨率要比接觸式的低。2）氣體的表面壓吸附到樣品表面，造成圖像數(shù)據(jù)不穩(wěn)定和對樣品的破壞。

工作模式-非接觸模式介于接觸模式和非接觸模式之間:

其特點(diǎn)是掃描過程中微懸臂也是振蕩的并具有比非接觸模式更大的振幅(5~100nm)，針尖在振蕩時間斷地與樣品接觸。

vanderWaalsforcecurve振幅：5nm～100nm工作模式-輕敲模式特點(diǎn)：

1）分辨率幾乎同接觸模式一樣好；

2）接觸非常短暫，因此剪切力引起的對樣品的破壞幾乎完全消失；工作模式-輕敲模式工作模式-輕敲模式相位成像(phaseimaging)技術(shù)通過輕敲模式掃描過程中振動微懸臂的相位變化來檢測表面組分,粘附性,摩擦,粘彈性和其他性質(zhì)的變化.基本原理基本原理原子力顯微鏡之解析度基本原理基本原理基本原理氮化硅探針針尖放大圖基本原理為克服“加寬效應(yīng)”：一方面可發(fā)展制造尖端更尖的探針技術(shù)，另一方面對標(biāo)準(zhǔn)探針進(jìn)行修飾也可提高圖像質(zhì)量。

針尖技術(shù)單碳納米壁管直徑0.7～5nm基本原理AFM技術(shù)的主要特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn):制樣相對簡單,多數(shù)情況下對樣品不破壞.具有高分辨率，三維立體的成像能力，可同時得到盡可能多的信息.操作簡單,對附屬設(shè)備要求低.缺點(diǎn):對試樣仍有較高要求,特別是平整度.實(shí)驗(yàn)結(jié)果對針尖有較高的依賴性(針尖效應(yīng)).仍然屬于表面表征技術(shù),需和其他測試手段結(jié)合.主要內(nèi)容工作原理應(yīng)用原子力顯微鏡的應(yīng)用金屬半導(dǎo)體材料化學(xué)納米材料生命科學(xué)微加工技術(shù)……生物和生命科學(xué)對生物細(xì)胞的表面形態(tài)觀察細(xì)胞的表面積、厚度、寬度和體積等的量化參數(shù)生物大分子的結(jié)構(gòu)及其它性質(zhì)的觀測研究①蛋白質(zhì)②DNA③RNA④核酸與蛋白質(zhì)復(fù)合物⑤細(xì)胞⑥病毒生物分子之間力譜曲線的觀測用AFM觀察DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)生物和生命科學(xué)用AFM觀察細(xì)胞生長生物和生命科學(xué)用AFM觀察集成電路的線路刻蝕情況微電子科學(xué)和技術(shù)高分子領(lǐng)域的應(yīng)用聚合物膜表面形貌與相分離觀察Kajiyama等人應(yīng)用AFM研究了單分散聚苯乙烯(PS)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)共混成膜的相分離情況。膜較厚時(25μｍ),看不到分相。膜厚100nｍ時,可以得到PMMA呈島狀分布在PS中的AFM圖象。聚合物膜表面形貌與相分離觀察對非晶態(tài)聚合物膜,形貌圖信息較為有限。AFM“相成像”方式(phaseimaging)得到的數(shù)據(jù)與樣品表面硬度和粘彈性有關(guān)，可以觀察相分離．即使在樣品表面相對“平坦”的情況下,也能較好地反映出聚合物的相分離后,不同類型聚合物的所在區(qū)域。高分子結(jié)晶形態(tài)觀察聚苯乙烯/聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物的苯溶液在ＬＢ膜槽內(nèi)分散,而后在極低的表面壓下(<0.1ｍＮ/ｍ)將分子沉積在新鮮云母表面。非晶態(tài)單鏈高分子結(jié)構(gòu)觀察AFM在聚合物膜研究中的應(yīng)用1表面整體形態(tài)研究2孔徑(分布),粒度（分布）研究3粗糙度研究1表面整體形態(tài)研究2孔徑(分布),粒度（分布）研究SectionanalysisofTM-AFMimage.Tappingmodeatomicforcemicrographs3粗糙度研究粗糙度（Surfaceroughness）表示膜表面形態(tài)間的差異，影響著膜的物理和化學(xué)性能、膜表面的污染程度和膜的水通量。

膜污染研究-超濾膜或微濾膜新膜