与其它表面分析技术相比，STM具有如下独特的优点：
1．具有原子级高分辨率，STM在平行和垂直于样品表面方向的分辨率分别可达0.1nm和0.01nm，即可以分辨出单个原子．
2．可实时再现样品表面的三维图象，用于对表面结构的研究及表面扩散等动态过程的研究．
3．可以观察单个原子层的局部表面结构，因而可直接观察到表面缺陷、表面重构、表面吸附体的形态和位置．
4．可在真空、大气、常温等不同环境下工作，样品甚至可浸在水和其它溶液中．不需要特别的制样技术并且探测过程对样品无损伤．这些特点特别适用于研究生物样品和在不同实验条件下对样品表面的评价，例如对于多相催化机理、超导机制、电化学反应过程中电极表面变化的监测等．
5．配合扫描隧道谱（STS）可以得到有关表面电子结构的信息，例如表面不同层次的态密度、表面电子阱、电荷密度波、表面势垒的变化和能隙结构等．
6．利用STM针尖，可实现对原子和分子的移动和 *** 纵，这为纳米科技的全面发展奠定了基础．
STM也存在因本身的工作方式所造成的局限性．STM所观察的样品必须具有一定的导电性，因此它只能直接观察导体和半导体的表面结构，对于非导电材料，必须在其表面覆盖一层导电膜，但导电膜的粒度和均匀性等问题会限制图象对真实表面的分辨率．然而，有许多感兴趣的研究对象是不导电的，这就限制了STM应用．另外，即使对于导电样品，STM观察到的是对应于表面费米能级处的态密度，如果样品表面原子种类不同，或样品表面吸附有原子、分子时，即当样品表面存在非单一电子态时，STM得到的并不是真实的表面形貌，而是表面形貌和表面电子性质的综合结果．
三扫描探针显微技术(SPM)的基本原理及应用SPM实际上是一个很大的家族,是在扫描隧道显微镜(STM)发明取得巨大成就的基础上发展起来的各种新型显微镜.它们的原理都是通过检测一个非常微小的探针(磁探针、静电力探针、电流探针、力探针),与样品表面的各种相互作用(电的相互作用、磁的相互作用、力
的相互作用等),在纳米级的尺度上研究各种物质表面的结构以及各种相关的性质.
1. STM的发明是利用了电子隧道效应,即当两个电极之间距离很近为S时,如外加一个很小的偏压Vb,电子就会穿过电极之间的能量势垒,从一个电极流向另一个电极,电子穿过势垒的效应称为隧道效应.S应该很小,才能起到这种粒子波动性质的量子效应.例如,实验中把一个金属的尖端作为一个电极,用样品的表面作为另外一个电极.当把两个电极之间的距离调到小于1nm时,外加一个很小的偏压,电子就会通过针尖穿过势垒流向另一个电极
表面(样品),即产生了隧道电流.
若控制电极与样品表面隧道电流做到恒定时,针尖与样品之间
距离就该不会变,在扫描过程中,针尖会随着样品表面的起伏而起伏.如针尖足够尖,就可能分辨出单个的原子如针尖沿X、Y平面方向扫描,就会得到样品表面数据和表面原子的分布,这就是扫描隧道显微镜(STM),也是扫描探针显微技术(SPM)的基本原理.通常扫描隧道显微镜的针尖与样品表面的距离非常接近(大约为0.5至1.0nm),所以它们之间的电子云互相重叠.在它们之
间施加一偏置电压Vb= 2mV~2V时,就会形成隧道电流.此隧道电流I可以表示为
I ∝Vbexp(-kφ1/2s),
式中 k=常数,在真空条件下为≈1
φ为针尖与样品的平均功函数
s为针尖与样品表面之间的距离,一般为0.3∽1.0nm.
由于隧道电流I与针尖和样品表面之间的距离s成指数关系,所以电流I对针尖和样品表面之间的距离变化非常敏感.例如,若此距离减小仅仅0.1nm,隧道电流I将会增加10倍反之,如果此距离增大0.1nm,隧道电流I就会减少10倍.
若想达到类似STM的功能,主要须配置:
(1) 通过一个压电陶瓷管,很精细地控制空间三维的扫描
(2) 配合一套简便的系统,通过一个电子反馈系统把数据用计算机采集起来,然后转化成图像直接显示出来.
2. 原子力显微镜(AFM),是在STM基础上发展起来的,这是因为STM只能在导电材料的样品表面上,分辨出单个的原子及结构的三维图像.对于非导电材料,STM将无能为力.为了弥补STM的不足,1986年宾尼、夸特、格勃发明了原子力显微镜(AFM),它的许多原件与STM是共同的.AFM与STM的主要不同点是:
AFM采用了极其敏感的,易弯曲的微悬臂针尖代替了STM的
隧道针尖,并以探测悬臂的微小偏转代替了STM中的探测微小隧
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道电流.正是由于AFM工作时不需要探测隧道电流,所以它可以用于分辨包括绝缘体在内的各种材料表面上的单各原子,,应用范围比STM更为广泛
3. 扫描探针显微技术(SPM)的特点
(1) 具有原子级的高分辨率
STM的横向分辨率可达到0.1nm,垂直表面方向分辨率可达0.01nm,这是目前所有显微技术当中分辨率最高的.
(2) 可以观察单个原子层的局部表面结构
STM观察的是表面的一个或两个原子层,即几个纳米的局域信息,而不是像光学显微镜和电子束显微镜只能获得平均信息.
(3) STM配合扫描隧道谱(STS),可以得到表面电子结构的有关信
息,可以通过调节隧道结偏压来观察不同位置电子态密度分布,观察电荷转移的情况,还可以得到电子结构的信息.
(4)STM可以实时、实空间地观察表面的三维图像
STM可以用零点几秒钟时间采集一幅实空间图,在一个位置上连续记录,可以观测到原子表面扩散、迁移的过程.而不像其他,例如各种衍射方法所得到的只是倒易空间的图像,不是实空间的,而且只有进行”傅里叶变换”才能得到实空间图像.
(5)STM可以在不同条件下工作,例如真空、大气、常温、低温、
高温、熔温,不需要特别的制样技术,而且探测过程对样品无
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损伤.能在缓冲溶液中接近自然状态下观测,为直接观察生物样品的表面结构提供了可能,并且可以在高温下观测样品否发生相变或 晶畴的移动等,因而扩展了研究对象的范围.
(6)STM不仅可用于成像,还可以对表面的原子、吸附的原子或
分子进行 *** 纵,从而进行纳米级加工,这是其他技术所不具
备的一种功能.
4. 影响扫描探针显微技术质量的几个关键
(1) 关于震动的影响:一般地面震动是在微米量级,可是要产生稳定的隧道电流,针尖和样品间必须小于1nm.微小的震动就会使针尖闯上样品,甚至难以严格控制它在精细的位置上扫描,所以要尽量减少震动.
(2) 噪音的影响:因为产生的电流是纳安级的,要取得原子分辨率
(约0.01nm),必须控制针尖,以实现扫描,要求仪器本身稳定,隔绝电子噪音.
(3) 针尖的要求:如果针尖很钝,就不可能探测到单个的原子,达
不到原子分辨率,所以针尖必须很尖.一般要求具有纳米尺度
,要求高水平的微加工技术.
(4) 样品的要求:STM工作时需要产生隧道电流,所以要求样品必须是导体或半导体,否则就不能用STM直接观察.原子力显微镜(AFM)可检测非导体,但要求样品粘度不能过大,否则针尖扫描时就会拖着样品一起动,达不到高的分辨率.
编后记
人类已迎来了肉眼可直观原子图像,甚至可移动、提取、放置、 *** 纵单原子等技术,为纳米世纪的来临和洞察纳米世界物质本质做出了伟大贡献.这是先辈有特殊贡献的科学家,例如德国的埃贝、海仑、霍尔茨、蒲许、克诺尔、鲁斯卡、克劳塞、穆勒以及西门子公司的蔡司光学工厂和美国IBM公司的宾尼、罗雷尔,还有一些未予记载国籍和名称的科学工作者的辛勤劳动成果.经过从十七世纪到十九世纪漫长时间的探究、追求、观察、推理、研制、实验、失败、成功等等经历,而获得的各阶段的伟绩.目前,如STM、AFM等显微镜已在各国科研部门逐步使用,正为各行各业的科技进步、创新活动做贡献.我国的一些科技工作者也已在不多的公、私研究单位、学校、工厂、企业的新产品中注入了纳米级的材料和技术,也会逐步接触和应用STM、AFM,以获得更高层次的产品.
STM为一般时分复用，即各信道的信号按时间间隔出现在线路上。 SDH的基本速率是155.52Mb/s 称为第1级同步传输模块，即STM-1，相当于SONET体系中OC-3的速率。步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机。这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。步进电动机的转子由软磁材料或永磁材料制成多极的形式，定子上装有多相不同连接的控制绕组。它的激励信号有直流脉冲、方波、多相方波和逻辑序列多种。步进电动机的步距和速度不受电压波动、环境温度和负载变化的影响，而仅与脉冲频率有关。改变脉冲频率就能在很大范围内准确调节电动机的速度。因此步进电动机用于开环数字控制，可大大简化控制系统。步进电动机配以位置检测元件时也可用于闭环数字控制，常用于打印机、带读出器、计数器、绘图机、数控机床、阀门执行机构、定位平台和数模转换器等。SDH传输业务信号时各种业务信号要进入SDH的帧都要经过映射、定位和复用三个步骤：映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销 （POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU PTR）或管理单元指针（AU PTR）的功能来实现；欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
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