原子力顯微鏡應用于納米測量技術(shù)

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　　摘 要：論文根據納米測量技術(shù)相關(guān)教學(xué)的基本內容結構和教學(xué)目的，針對由于課堂教學(xué)與實(shí)驗教學(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)驗教學(xué)過(guò)程中對學(xué)生理解相關(guān)概念的重要性。同時(shí)，結合作者的教學(xué)實(shí)踐，列舉了AFM在納米測量技術(shù)教學(xué)中的運用案例。實(shí)踐證明，AFM在實(shí)驗教學(xué)中起到了非常重要的作用，它既能促進(jìn)學(xué)生對課程的學(xué)習興趣，同時(shí)又能幫助學(xué)生加強對抽象概念的理解，從而增強學(xué)生的應用能力。

　　關(guān)鍵詞：納米技術(shù) 原子力顯微鏡 納米測量技術(shù)

　　納米技術(shù)作為當前發(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世紀的科學(xué)，并且和生物工程一起被認為是未來(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)納米測量，精密計量已不能適應納米技術(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，納米測量技術(shù)和測量裝置，不僅是21世紀納米技術(shù)實(shí)用過(guò)程中必須關(guān)注的焦點(diǎn)，而且也是21世紀計量測試領(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(zhù)重要作用。

　　對于納米技術(shù)的基礎教學(xué)而言， AFM無(wú)疑是學(xué)生們感知納米量級的最直接的方式之一。因此，本論文針對學(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引入基礎教學(xué)

　　納米級位移測量技術(shù)至今尚未有明確的定義。通常認為測量精度或分辨率在0.5～100納米之間的位移測量技術(shù)，統稱(chēng)為納米級位移測量技術(shù)。納米測量技術(shù)的內涵涉及納米尺度的評價(jià)、成份、微細結構和物質(zhì)特性的納米尺度的測量，它是在納米尺度上研究材料和器件的結構與性能、發(fā)現新現象、發(fā)展新方法、創(chuàng )造新技術(shù)的基礎。納米測量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域就是納米長(cháng)度測量和納米級的表面輪廓測量[1]。

　　原子力顯微鏡(atomic force microscope，簡(jiǎn)稱(chēng)AFM)是利用微懸臂感受和放大懸臂上探針與受測樣品原子之間的作用力，從而達到檢測的目的，具有原子級的分辨率[2]。

　　原子力顯微鏡研究對象可以是有機固體、聚合物以及生物大分子等，其可以在空氣或者液體下對樣品直接進(jìn)行成像，分辨率很高。因此，AFM被廣泛應用于納米長(cháng)度測量和納米級的表面輪廓測量中。

　　在教學(xué)中，單純依靠數學(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)驗教學(xué)中，使用AFM來(lái)檢測不同量級的研究對象，可以加深學(xué)生們的理解，從而增強學(xué)生的實(shí)際應用能力。

　　二、AFM教學(xué)實(shí)例

　　針對納米測量所涉及的兩個(gè)重要領(lǐng)域：納米長(cháng)度測量和納米級的表面輪廓測量。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(guān)測者可以直接看到被測樣品的表面形貌，不僅如此，AFM二維圖像還可以形成相應的三維像，獲得樣品表面結構的深度，大小以及長(cháng)度等重要信息參數。

　　通過(guò)原子力顯微鏡對樣品形貌的掃描，可以讓學(xué)生更為直觀(guān)地了解AFM以及納米測量的相關(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)生對教學(xué)內容的理解和認識。

　　三、結論

　　通過(guò)將原子力顯微鏡實(shí)驗課程引入納米測量技術(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(guān)看AFM的過(guò)程中對納米測量技術(shù)課程中基本概念的理解進(jìn)一步加深，有利于培養學(xué)生的學(xué)習興趣、建模能力和實(shí)際應用能力。

　　參考文獻：

　　[1]楊曉紅，楊圣.納米級位移測量技術(shù)綜述[J].鹽城工學(xué)院學(xué)報，2000，(09).

　　[2]http：/pic/doc/5602492.html

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