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原子力顯微鏡應(yīng)用于納米測(cè)量技術(shù)
下面是小編整理推薦的物理學(xué)畢業(yè)論文，原子力顯微鏡應(yīng)用于納米測(cè)量技術(shù)，歡迎大家閱讀!
摘 要：論文根據(jù)納米測(cè)量技術(shù)相關(guān)教學(xué)的基本內(nèi)容結(jié)構(gòu)和教學(xué)目的，針對(duì)由于課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)分離而影響教學(xué)效果的問(wèn)題，探討了原子力顯微鏡(AFM)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生理解相關(guān)概念的重要性。同時(shí)，結(jié)合作者的教學(xué)實(shí)踐，列舉了AFM在納米測(cè)量技術(shù)教學(xué)中的運(yùn)用案例。實(shí)踐證明，AFM在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到了非常重要的作用，它既能促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又能幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)抽象概念的理解，從而增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力。
關(guān)鍵詞：納米技術(shù) 原子力顯微鏡 納米測(cè)量技術(shù)
納米技術(shù)作為當(dāng)前發(fā)展最迅速、研究最廣泛、投入最多的科學(xué)技術(shù)之一，被譽(yù)為21世紀(jì)的科學(xué)，并且和生物工程一起被認(rèn)為是未來(lái)科技的兩大重要前沿。從納米技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，納米測(cè)量技術(shù)的地位和作用是不容忽視的。納米加工和制造離不開(kāi)納米測(cè)量，精密計(jì)量已不能適應(yīng)納米技術(shù)發(fā)展的要求，而且成為了納米技術(shù)發(fā)展的瓶頸。因此，納米測(cè)量技術(shù)和測(cè)量裝置，不僅是21世紀(jì)納米技術(shù)實(shí)用過(guò)程中必須關(guān)注的焦點(diǎn)，而且也是21世紀(jì)計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域研究的重中之重。在納米技術(shù)研究中，原子力顯微鏡(AFM)一直發(fā)揮著重要作用。
對(duì)于納米技術(shù)的基礎(chǔ)教學(xué)而言， AFM無(wú)疑是學(xué)生們感知納米量級(jí)的最直接的方式之一。因此，本論文針對(duì)學(xué)生特點(diǎn)及教學(xué)要求，將AFM工作原理及實(shí)際掃描后得到的圖片引入到課堂中進(jìn)行輔助教學(xué)，取得了一定的效果。
一、AFM引入基礎(chǔ)教學(xué)
納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)至今尚未有明確的定義。通常認(rèn)為測(cè)量精度或分辨率在0.5～100納米之間的位移測(cè)量技術(shù)，統(tǒng)稱為納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)。納米測(cè)量技術(shù)的內(nèi)涵涉及納米尺度的評(píng)價(jià)、成份、微細(xì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)特性的納米尺度的測(cè)量，它是在納米尺度上研究材料和器件的結(jié)構(gòu)與性能、發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、發(fā)展新方法、創(chuàng)造新技術(shù)的基礎(chǔ)。納米測(cè)量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域就是納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量[1]。
原子力顯微鏡(atomic force microscope，簡(jiǎn)稱AFM)是利用微懸臂感受和放大懸臂上探針與受測(cè)樣品原子之間的作用力，從而達(dá)到檢測(cè)的目的，具有原子級(jí)的分辨率[2]。
原子力顯微鏡研究對(duì)象可以是有機(jī)固體、聚合物以及生物大分子等，其可以在空氣或者液體下對(duì)樣品直接進(jìn)行成像，分辨率很高。因此，AFM被廣泛應(yīng)用于納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量中。
在教學(xué)中，單純依靠數(shù)學(xué)推演來(lái)講解，并不能收到很好的效果。例如學(xué)生們單從概念上很難想象1納米，1微米到底有多大，操作材料表面形貌到底是什么樣子等。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，使用AFM來(lái)檢測(cè)不同量級(jí)的研究對(duì)象，可以加深學(xué)生們的理解，從而增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。
二、AFM教學(xué)實(shí)例
針對(duì)納米測(cè)量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域：納米長(zhǎng)度測(cè)量和納米級(jí)的表面輪廓測(cè)量。列舉了AFM掃描的利用多光束激光干涉光刻制備單晶硅形貌圖。
AFM掃描的二維圖像，觀測(cè)者可以直接看到被測(cè)樣品的表面形貌，不僅如此，AFM二維圖像還可以形成相應(yīng)的三維像，獲得樣品表面結(jié)構(gòu)的深度，大小以及長(zhǎng)度等重要信息參數(shù)。
通過(guò)原子力顯微鏡對(duì)樣品形貌的掃描，可以讓學(xué)生更為直觀地了解AFM以及納米測(cè)量的相關(guān)概念及原理。同時(shí)，清晰的掃描圖像可以進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識(shí)。
三、結(jié)論
通過(guò)將原子力顯微鏡實(shí)驗(yàn)課程引入納米測(cè)量技術(shù)教學(xué)中，可以將抽象、難以理解的問(wèn)題具體化、形象化，學(xué)生可以在使用或者觀看AFM的過(guò)程中對(duì)納米測(cè)量技術(shù)課程中基本概念的理解進(jìn)一步加深，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、建模能力和實(shí)際應(yīng)用能力。
參考文獻(xiàn)：
[1]楊曉紅，楊圣.納米級(jí)位移測(cè)量技術(shù)綜述[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，(09).
[2]http：//baike.so.com/doc/5602492.html
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