纳米声学及近场声成像技术

纳米声学是近年来迅速发展的新的学科领域,旨在亚微米和纳米尺度上来"听到"和"看到"我们尚未发现的物质世界。而近场声成像技术,像扫描探针声显微术(Scanning ProbeAcoustic Microscopy,SPAM)和压电响应力显微术(Piezoresponce Force Microscopy,PFM)等,不仅具有亚微米和纳米分辨力,而且能方便地对试样微区的表面形貌,材料的力学和电学等性质进行成像,是开展纳米声学研究的有效手段。文章结合实验结果,对SPAM和PFM等近场声成像技术作了简要介绍。     

纳米尺度铁电畴的扫描力显微镜成像研究进展

扫描力显微镜(SFM)作为一种新型的超分辨率近场扫描探针显微仪器正日益受到各学科领域的高度重视.在铁电材料领域,SFM是开展纳米尺度铁电畴结构成像、纳米尺度畴结构控制及纳米尺度微区的铁电性、介电性、压电性等特性研究的潜在的强有力的研究工具.本文就纳米尺度铁电畴的扫描力显微镜的成像原理的研究进展作一综述.     

扫描探针显微镜在粗糙度、纳米尺寸、表面形貌观测方面的应用

扫描探针显微镜是近十几年来在表面特征、表面形貌观测方面最重大的进展之一，是纳米测量学的基本工具。叙述了扫描探针显微镜的工作原理、检测模式及在观察检测纳米级的粗糙度、微小尺寸、表面形貌方面的特点和方法，比较了原子力显微镜、常规的表面轮廓仪、干涉显微镜、扫描电子显微镜在表面特性、表面形貌观测方面的性能，着重介绍了扫描探针显微镜在粗糙度、纳米尺寸、表面形貌观测方面的应用和存在的问题。     

纳米计量与传递标准

纳米计量不仅提供测量和表征纳米材料及器件基础,同时在纳米生产工艺控制和质量管理领域也扮演重要角色。纳米技术就某种意殳上讲就是实现原子或分子操作的超精细加工技术。纳米科技的各个领域都涉厦对纳米尺度物质的形态、成分、结构及其物理／化学性能(功能)的测量、表征。纳米测量在纳米科技中起着信息采集和分析的不可替代的重要作用。纳米测量技术包括：纳米级精度的尺寸和位移的测量,纳米级表面形貌的测量以及纳米级物理与化学特性测量。目前迫切需要解决的问题有微电子、超精密加工中线竞、台阶、膜厚等测量问题、纳米材料中的粒子特征测量问题和作为纳米科技主要测量和操作工具的扫描探针显微镜(SPM)、扫描电子显微镜(SEM)等的特性表征和测量准确度评定,文章重点评述了国际上为建立可溯源于国际基本单位制(SI)的纳米计量体系努力。包括：纳米尺度测量(台阶、节距)的国际比对,传递标准在纳米计量体系中的特殊作用,用于校准扫描探针显徽镜(SPM)、扫描电子显微镜(SEM)等的传递标准研制概况。     

扫描Kelvin探针力显微镜:工作原理及在材料腐蚀研究中的应用

扫描Kelvin探针力显微镜(SKPFM)是在原子力显微镜(AFM)的基础上应用扫描Kelvin探针(SKP)技术开发的检测表征手段,它能够在获取材料表面纳米级分辨率形貌的同时,原位得到样品表面高分辨率的接触电势差分布图,为揭示腐蚀反应机理提供了崭新的思路,近年来发展迅速。本文介绍了SKPFM两种工作模式的基本原理,总结了SKPFM在应用中的问题,并讨论了SKPFM和传统扫描Kelvin探针技术(SKP)的优缺点,重点综述了SKPFM在腐蚀科学研究中的应用,最后展望了SKPFM的发展方向与应用前景。     

纳米艺术：与高科技完美结合的艺术

纳米艺术是指使用纳米科技手段或方法创作的纳米尺度的艺术,其创作手段包括分子／原子自组装、化学／物理气相沉积、扫描探针显微镜、计算机辅助分子模拟等,展现手法则往往依赖于电子显微镜、扫描探针显微镜或分子模拟技术进行成像。目前的纳米艺术主要表现为纳米绘画与纳米雕塑,但未来也不排除视频和音频形式的出现。纳米艺术家除了要具备常规艺术家的素养外,还要掌握用于创作纳米艺术的技术与设备,知晓纳米材料相关的化学、物理学、材料学知识,拥有纳米科技相关的工作经验和知识积累,具备相关专业软件使用与计算图形／图像处理的能力。     

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头

为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求,研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件,利用差动光斑尺寸变化探测原理,建立了微位移测量系统,结合光学显微成像系统,形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机,对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量,具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点,对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。     

磁性纳米颗粒膜微波物性研究

采用磁控溅射工艺和复合靶技术制备FeCoB-SiO2磁性纳米颗粒膜;利用X射线衍射仪、扫描探针显微镜分析这类薄膜的微结构和形貌特征;采用振动样品磁强计、四探针法、微波矢量分析仪及谐振腔法测量薄膜试样的磁电性能和微波复磁导率;重点对SiO2介质相含量、薄膜微结构对电磁性能产生重要影响的机理做了分析和探讨.结果表明,这类FeCoB-SiO2磁性纳米颗粒膜具有良好的软磁性能和高频电磁性能,2GHz时,磁导率μ＞50,可以应用于高频微磁器件中.     

纳米测量仪器和纳米加工技术

纳米科技是当今国际上的一个热点。文章对纳米科技作了简要介绍, 纳米测量和加工是纳米科技中的一个不可缺少的重要组成部分。叙述了发展纳米测量和纳米加工技术的两个主要途径：一是发展传统技术，主要是电子显微术以及最近发展起来的聚焦离子束（FIB）- 电子束数控加工中心；二是创造新的测量仪器，建立新原理和新方法，介绍了国内外电子显微镜和扫描探针显微镜这两类纳米测量分析仪器的发展、应用和生产现状。指出我国电子显微仪器和扫描探针显微镜的开发和生产面临困境，应尽快建立和加强自己的电子显微仪器和扫描探针显微镜等纳米测量和纳米加工设备制造产业，并列入国家科技发展规划。     

制造纳米电子器件的技术途径

目的 为发展纳米电子年及纳米电子学技术寻找有效途径。方法 对目前制造纳米电子器件的主要途径,例如基于三束的光刻加工技术、分子组装与纳米微粒排列技术、扫描力探针加工技术等进行了概略的介绍。讨论了各种方法所存在的优势与限制。结果 对基于分子组装与纳米光刻的纳料制造技术给予很大的重视。结论 认为综合若干种技术之长可能是我们目前实现特定纳料器件制造的有效途径。     

AFM扫描图像重构算法的改进

针对原子力显微镜（AFM）纳米成像中存在的失真问题,研究了通过探针建模实现AFM扫描图像重构方法.目前探针盲建模算法在重构AFM图像时存在较大误差,因此提出基于探针模型预估计的AFM扫描图像重构方法.该方法采用分区探针针尖建模,并通过基于该探针模型的反卷积运算实现AFM扫描图像重构,获得比较接近真实形貌的AFM扫描图像.文中介绍了算法的具体步骤,通过仿真和实验结果证明,该方法能够有效降低AFM图像重构时引入的误差,得到的图像更能反映样品表面真实的形貌.     

基于开尔文探针力显微镜的纳米复合材料次表面成像分析

针对聚合物纳米复合材料次表面结构高分辨无损检测的需求,应用开尔文探针力显微镜(KPFM)对聚合物中导电填充物进行次表面纳米成像.首先,建立探针-纳米颗粒-基质体系的静电相互作用理论模型,分析聚合物中金属颗粒检测的成像机理;其次,通过有限元软件模拟并结合理论模型,系统研究针尖与样品间距、针尖半径等因素的影响;最后,制作聚合物和碳纳米管复合材料样品并进行基于KPFM的内部碳纳米管成像实验验证.结果表明:当针尖半径大约为1.5倍颗粒直径、间距较小时,成像效果较好;相较而言,探针锥角对成像结果影响不显著;KPFM对相对介电常数在3~10之间、颗粒直径越大、掩埋深度越小的内部纳米颗粒成像效果越好.     

纳米金在肿瘤诊断中的应用

纳米金具有独特的理化性能,在肿瘤诊断和治疗中取得了许多重要进展。综述了纳米金的结构组成、粒径尺寸、形貌特征对其本身性能的影响,介绍了纳米金对肿瘤标志物的检测和作为造影剂对肿瘤成像的研究进展,着重评述了纳米金应用于体内外肿瘤光学成像方面的研究情况,展望了其未来的发展前景。     

纳米结构HgTe的制备方法综述与展望

纳米结构HgTe的光学和电学性质较其它Ⅱ-Ⅵ族半导体材料更易于进行量子调控，其量子点有望作为近红外荧光探针应用于生物细胞和组织成像研究领域。简要综述了HgTe的结构与性能、国内外制备纳米结构HgTe的方法（物理和化学方法），并展望了其应用潜力。     

一维氧化锌纳米棒制备技术的最新研究进展

综述了一维氧化锌纳米棒制备技术的研究进展,着重介绍了氧化锌纳米棒的气相和液相合成方法.介绍了不同方法的反应特征、产物形貌及其性能,并对水热法、模板法、热分解前驱物法、离子液体分解法和化学气相沉积法的生长机理进行了描述,展望了一维氧化锌纳米棒的后续研究.     

基于AFM氮化硅探针刻蚀方法制作聚碳酸酯纳米光栅

基于原子力显微镜(AFM)探针的纳米机械刻蚀技术以其成本低、分辨率高的优势被广泛应用于各种纳米元器件的制造中.为了得到最优的光栅结构,首先通过单次刻蚀实验定量分析了刻蚀方向、加载力和刻蚀速率等3个主要加工参数对所得纳米沟槽形貌和尺寸的影响,给出了普通氮化硅探针对聚碳酸酯(PC)的加工特性及加工效率.然后通过改变沟槽间距(100~500 nm)得到了不同周期的纳米光栅结构,并确定了这种探针与样品的组合对间距的要求及最佳加工参数:沿垂直于微悬臂长轴向右刻蚀,加载力2.3μN,刻蚀速率2.6μm/s.最后利用该技术对实验室已有原子光刻技术所得周期为213 nm的一维Cr原子光栅结构进行了复制加工,得到了均匀的213 nm一维光栅,证明这种基于AFM探针的纳米机械刻蚀技术可被广泛应用于纳米加工.     

纳米结构二硫化钼的制备及其应用

二硫化钼是一种典型的过渡金属二元化合物, 以其独特的化学、物理性能而备受关注。本文综述了纳米二硫化钼常见的多种形貌结构, 包括富勒烯状、球状、花状、线、片、棒、管状等; 概述了其常用的制备方法, 包括: 化学气相沉积法、高温硫化法、剥离法、电化学沉积法、水热及溶剂热法等; 总结了纳米结构二硫化钼在润滑、催化、光电器件等领域的研究进展, 最后展望了二硫化钼材料的研究前景。     

生物荧光成像用分子与纳米探针

生物荧光成像近年来发展迅速,应用广泛。荧光探针是其中的核心技术之一。有机染料、半导体量子点和上转换稀土纳米粒子是适用于生物荧光成像的三类主要的化学荧光探针。简要评述了这三类荧光探针的发光机制、典型的设计发展策略、主要的合成制备方法、以及生物成像应用实例。各类探针都在不断地改进、完善自身,呈现出优势互补,共同发展的格局。     

纳米技术与纳米计量

对几中纳米技术进行了综述。纳米计量仪器由三大部分组成：位移系统、计量系统和探测系统,文中论述了这三个部分的现状及发展趋势。最后介绍了计量院的计量型原子力显微镜及兼容型扫描探针显微镜的特点和技术指标,并给出了测量实例。     

静电纺聚醋酸乙烯酯/TiO2复合纳米纤维的弯曲力学性能

结合溶胶凝胶法和静电纺丝技术制备了聚醋酸乙烯酯(PVAc)/二氧化钛(TiO2)复合纳米纤维。使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和扫描探针显微镜(SPM)对复合纳米纤维的表面形貌、内部粒子分布和单纤维弯曲弹性模量进行了表征与测试。结果表明,TiO2纳米粒子均匀地分布在PVAc纳米纤维中;随着TiO2含量的增加,纳米纤维的平均直径从585nm减少到287nm;由于TiO2溶胶分子与聚合物分子形成了较强的氢键作用使得与杂化纳米纤维的弯曲弹性模量显著增强。