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原子力显微术及IPC-208B型原子力显微镜的应用研究

唐泰国  
【摘要】: 纳米科技在近20年得到了迅速的发展,作为纳米检测和纳米加工的重要工具,原子力显微镜在纳米科技研究中的应用也越来越广泛。目前商用的AFM横向分辨率一般为0.2nm,纵向分辨率一般为0.05nm。近几年,随着生化技术的研究的深入,在需要实时观察生化大分子结构的同时,逐渐向观测生化小分子结构深入,而小分子的结构尺度一般在0.5nm左右,因此目前商用AFM表征小分子结构的难度很大。 重庆大学在以前成功研制STM的基础上,进一步研制出了能够集STM与AFM于一体的高精度原子力显微镜AFM.IPC-208B。该原子力显微镜采用STM法检测微悬臂的形变,这种方案使该系统既可作为AFM使用,也可以作为STM使用,其横向分辨率为0.1nm,纵向分辨率为0.01nm。 论文介绍了同AFM相关的基础理论,主要包括扫描探针与样品间原子力作用机理、微悬臂在原子力作用下的形变位移及其检测等。分析了型号为AFM.IPC-208B的原子力显微镜的工作理论基础,给出了其系统组成,其中主要介绍了镜体和数据采集与控制系统。利用AFM.IPC-208B型机在生化领域开展了应用研究,观测络合锌的谷胱甘肽,发现了分子结构中的环状体由络合前的六连环变成络合后的七连环;观测葡萄球菌蛋白SPA,发现了其逆时针螺旋结构;观测羊抗人IgG,发现了其丘状突起的“Y”型结构;观测目标基因,发现它的“X”型排列,并且能清楚地分辨出直径约为1.6nm的纳米晶须。这些实验结果与对实验样品的理论分析一致,证明了原子力显微镜在纳米生化领域有很宽广的应用前景。除了利用AFM.IPC-208B研究生化样品,还利用AFM.IPC-208B型机中的STM部分对纳米二氧化钛展开了隧道谱研究,得到了其能隙值,发现绝缘体在纳米化后导电性得到了很大的提高,相当于甚至超过半导体的导电性。因此在观测纳米绝缘体的表面形貌时,可以直接利用STM,这样可以发挥STM稳定性好的特点。


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