STM和ECSTM探针的制备及探针对图象的影响

本文综述了扫描隧道显微镜(STM)以及现场电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)探针的制备方法,并对相应探针制备方法的优缺点以及探针性能对图象影响方面的进展进行了评述。     

化学力显微镜针尖修饰技术研究新进展

评述了化学力显微镜的新成果。对自组装单分子膜修饰扫描探针显微镜针尖,生物分子修饰原子力显微镜针尖,电化学方法修饰扫描隧道显微镜针尖,纳米碳管材料修饰原子力显微镜针尖等作了介绍。     

Cu在HOPG上电化学沉积的原子分辨ECSTM现场观测

电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)因其能提供真实空间的原子分辨图象而成为现场研究电极表面结构的最强有力的手段之一。近来,欠电位沉积(UPD)得到日益广泛的研究,人们观察到了Cu在Au(111)和Pt(111)上的UPD层的原子结构。而在金属体相沉积的ECSTM研究中所得图象的分辨率较低。我们用ECSTM在控电位下对Cu在高序石墨(HOPG)上的     

基于超平表面的原子力显微镜探针磨损研究

探针磨损是影响原子力显微镜图像质量的关键因素之一。为了研究原子力显微镜(AFM)探针针尖磨损问题,选取超平表面(R_q0.5 nm)作为测试样品,采用材料表面的粗糙度(R_q)评估探针针尖磨损效率。在较低的探针悬臂目标振幅比例(10%),较低反馈回路设定值比例(10%),较低扫描速度(1.0 Hz)以及适中I-gain(1.7)的测试条件下,探针的磨损最小,可以有效地延长探针的使用寿命。最后利用扫描电镜对比了不同测试条件下探针针尖的形貌,推测了探针针尖在连续测试中磨损与断裂的机理。     

扫描电化学微探针的发展及其在局部腐蚀研究中的应用

简要概述当前国内外具有空间分辨能力的扫描微探针技术及其在腐蚀研究中的应用,包括扫描微电极技术(SMET)、扫描电化学显微镜(SECM)、原子力显微镜(AFM)、扫描Kelvin探针技术(SKP)等,其中SMET、SECM、SKP及局部交流阻抗技术可直接测定腐蚀电极表面或界面电化学不均一性的分布图像,而原子力显微镜技术则是通过分子间作用力从纳米尺寸测量腐蚀过程表面形貌的变化.文中侧重介绍作者近年先后建立的具有微米空间分辨度的电化学微探针技术,并利用各种扫描探针技术研究金属/溶液界面电化学不均一性及其局部腐蚀过程.研究表明,空间分辨电化学方法的发展及应用,加深了人们对金属表面和金属/溶液界面电化学不均一性,特别是金属局部腐蚀发生、发展及过程机理的认识.     

ECSTM针尖诱导构筑Au表面有序Pd纳米粒子阵列

利用电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)在温和的电化学和隧道偏压的条件下诱导电极表面发生特定的局域电化学反应, 在Au(111)单晶电极表面构筑了Pd纳米粒子的阵列. 研究了两种不同的溶液体系(PdCl2和PdSO4)构筑纳米粒子所需设定的不同参数, 同时探讨了选择不同参数的原因.     

碱基腺嘌呤与胸腺嘧啶在Au(111)电极上的共吸附

用循环伏安法(CV)和电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)在HClO4溶液中研究了配对碱基腺嘌呤(Adenine,A)与胸腺嘧啶(Thymine,T)在Au(111)电极上的共吸附行为.CV曲线表明,A和T的电化学共吸附行为更接近于A的电化学吸附行为.高分辨STM图像显示,在物理吸附区域碱基A和T分子之间通过氢键作用形成一种不同于单组分的网络结构.根据STM图像提出一个可能的模型,并给出了在Au(111)电极上共吸附时A和T分子之间可能的氢键作用方式.     

纳米尺度扫描电化学显微镜的探针制备及在电催化氧和氢反应研究中的应用

扫描电化学显微镜是一种在检测样品表面物理形貌的同时能提供丰富的电化学信息的扫描探针技术,由于超微电极的引入,它可以高时空分辨率地探究各类样品的物理形貌和电化学性能之间的构效关系. 随着现代纳米科技的不断发展,扫描探针的尺寸也逐渐从亚微米发展到纳米级别. 与此同时,高效优选各类氧反应和氢反应电催化材料,明晰其电化学反应过程和性能是二十一世纪绿色新能源转换存储系统（如可再生燃料电池、金属空气电池等）的重要研究方向. 本文首先概括了可应用于扫描电化学显微镜的纳米级扫描探针的制备及发展,之后着重介绍了近四年纳米尺度扫描电化学显微镜在电催化氧反应和氢反应研究中的一些最新研究进展. 最后以点窥面,对未来纳米尺度扫描电化学显微镜的未来发展趋势作了展望.     

针尖化学方法研究单壁碳纳米管末端羧基的解离性质

针尖化学利用化学手段对扫描探针显微镜 ( SPM)的针尖进行功能化修饰 ,将其作为化学反应的“探针”用于研究表面的局域化学反应性质、跟踪表面发生的化学反应过程等 [1] .用针尖化学技术来研究自组装膜 ( SAMs)表面酸碱基团的局域解离性质 ,称之为化学力滴定 [2～ 8] .利用表面缩合方法将单壁碳纳米管短管组装到 AFM针尖上 ,通过测定针尖上碳纳米管的末端基团与羟基自组装膜表面之间的粘滞力 ,研究碳纳米管末端羧基的解离性质 ,可得到碳纳米管结构与化学性质的信息 .1　实验部分1 .1　碳纳米管针尖和羟基末端自组装膜的制备　基底 [Si( …     

高择优锌-镍合金电沉积的现场ECSTM研究

采用"二步包封"法制备了性能良好的电化学STM针尖.以此为基础采用ECSTM现场研究了工艺条件下HOPG上高择优锌-镍合金的电沉积过程.研究结果表明这种高择优沉积层以侧向生长方式生长,而表面上电化学活性差的晶面构成了晶体生长过程的保留面,从而进一步形成了与基底表面方向一致的高择优沉积层,X射线研究表明这一择优面为(100)晶面.     

扫描探针氧化刻蚀技术在微纳器件制备中的应用

扫描探针刻蚀技术主要利用原子力显微镜针尖和基底间的电、机械或热相互作用进行纳米级表面的成像、操纵和修饰,是一种简便、快速、精确的纳米结构制备技术.其中,扫描探针氧化刻蚀技术利用针尖与样品表面间形成的高度局域化水桥,通过电化学反应在材料表面制备微纳尺度结构,已被广泛用于制备纳米级功能化图案和微纳器件.本文对扫描探针氧化刻蚀过程的机理及其影响因素,如电压、针尖-样品间作用力、持续时间、相对湿度和扫描速度等进行了详细介绍,总结和梳理了利用这一技术制备微纳器件方面的工作,指出了其优点和存在的问题,并对其未来发展进行了展望.     

原位电化学扫描探针显微镜技术在电催化领域的应用进展（英文）

在电化学界面,电催化过程通常包括电子转移、吸附和脱附、静电相互作用、溶剂化及去溶剂化等多步过程,深入理解电催化反应机理极具挑战性.对纳米结构电化学界面(电极)处电催化过程的深入理解十分有助于阐明电催化反应机理和设计高性能电催化剂材料.电催化活性通常与电催化剂表面局域化的活性位点密切有关.在反应条件下,电催化反应过程的研究极大依赖于高分辨表征技术.经典的宏观电化学表征方法仅可以提供不同界面位点的平均信息,很难分辨一些特殊结构位点(如缺陷、晶界、边缘位点)的相关重要电化学信息.原位电化学扫描探针显微镜技术,包括电化学扫描隧道显微镜(EC-STM)、电化学原子力显微镜(EC-AFM)、扫描电化学显微镜(SECM)及扫描电化学池显微镜(SECCM),能够在纳米及原子尺度研究电催化反应过程,弥补了宏观表征方法的不足,为探究构效关系和解析电催化反应机理提供了机遇.本文介绍了各种扫描显微技术的基本原理、特点及优劣势,并且概述了各项技术在电催化领域研究的重大进展.EC-STM和EC-AFM能够原位表征电催化过程中的纳米尺度表面结构演变及吸附/脱附过程,但无法直接测量局部电化学活性(法拉第电流).通过S...     

ITO上AuPd合金和Au阵列图案的制备及电催化活性的SECM表征

利用电化学湿法印章技术在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备AuPd合金和Au的双组分阵列图案.采用具有微浮雕图案的琼脂糖印章存储足够多的溶液,并通过控制电沉积的时间来控制图案厚度.应用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线能谱分析(EDX)和原子力显微镜(AFM)分别对ITO表面上的AuPd合金和Au的形貌和组分进行表征,并通过循环伏安(CV)技术和扫描电化学显微镜(SECM)研究比较了Au和AuPd合金的催化活性.利用扫描电化学显微镜(SECM)的针尖产生-基底收集(TG-SC)模式和氧化还原竞争(RC)模式,发现Au电极对二茂铁甲醇氧化物(FcMeOH+)电催化还原能力高于AuPd合金电极,而在AuPd合金上催化还原H2O2的能力显著高于Au.     

Au(111)上Pd电沉积初始阶段ECSTM——PdSO_4溶液研究

应用电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)研究了PdSO4溶液中Au(111)电极表面Pd的电化学沉积过程.实验表明,Pd的沉积初始阶段在Au(111)电极表面依次生成两个满单层Pd膜,这一实验结果不仅与电位扫描一致,而且更进一步地证明了起初的两个Pd单层形成过程乃以层～层外延方式生长.高分辨的原子图像表明吸附的SO2-4离子在外延生长的Pd膜表面形成了有序的(3×7)R19°结构.     

扫描离子电导显微镜的原理及应用

扫描离子电导显微镜(SICM)是一种扫描探针显微技术,通过测定超微玻璃管探针的离子电流,它能够非接触地扫描样品表面,进而研究样品的形貌及性质。SICM具有成像分辨率高、探针易于制备和对被成像物体无损伤等特点,特别适用于研究生理条件下的活体细胞,是一种与扫描电化学显微镜及原子力显微镜互补的扫描探针显微镜技术。SICM能够对软界面及表面,如活细胞表面的显微结构,进行高分辨率成像;并能够与其它技术联用,研究细胞形貌与功能的关系;还能控制沉积特定分子,实现纳米尺度的显微操作与加工。本文对SICM的发展历史、仪器构造、基本原理及应用进行了综述。     

ITO上AuPd合金和Au阵列图案的制备及电催化活性的SECM表征

利用电化学湿法印章技术在氧化铟锡(ITO)导电玻璃上制备AuPd合金和Au的双组分阵列图案. 采用具有微浮雕图案的琼脂糖印章存储足够多的溶液,并通过控制电沉积的时间来控制图案厚度. 应用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线能谱分析(EDX)和原子力显微镜(AFM)分别对ITO表面上的AuPd合金和Au的形貌和组分进行表征,并通过循环伏安(CV)技术和扫描电化学显微镜(SECM)研究比较了Au和AuPd合金的催化活性. 利用扫描电化学显微镜(SECM)的针尖产生-基底收集(TG-SC)模式和氧化还原竞争(RC)模式,发现Au电极对二茂铁甲醇氧化物(FcMeOH⁺)电催化还原能力高于AuPd合金电极,而在AuPd合金上催化还原H₂O₂的能力显著高于Au.     

表界面分子吸附、组装与反应的电化学STM研究

电化学扫描隧道显微镜（electrochemical scanning tunneling microscopy：ECSTM）是用于化学以及表界面科学研究的重要新技术之一。它将电化学与STM技术相结合,能够工作于溶液和大气环境中,可以得到固体表面及表面吸附物质的原子／分子级分辨率的图像。本文简要介绍了电化学STM技术及其在表界面分子吸附、组装和反应研究中的应用。     

欠电位沉积研究现状——II.欠电位沉积的研究方法及其应用

总结了主要的欠电位沉积(upd)的原位研究方法, 包括电化学研究方法(循环伏安(CV)、计时电流(CHR)和电化学阻抗谱(EIS))、界面分析方法(电化学石英晶体微天平(EQCM)和电化学扫描隧道显微镜/电化学原子力显微镜(ECSTM/ECAFM))及X射线分析技术(X 射线吸收谱(XAS)和表面X射线散射(SXS)). 根据这些研究方法, 总结和探讨了许多体系的upd特征, 分析了upd微观特征与宏观的测试结果的对应关系及其原理. 此外, 探讨了基于这些研究方法得出的关于upd的重要结论, 并对比分析了上述研究方法的优缺点. 在upd应用领域的研究方面, 主要从四个方面进行了概述, 涉及功能材料电合成、电分析应用、电化学原子层外延(ECALE)和表征贵金属(或纳米)材料电化学活性面积(ECSA), 并简析了上述应用研究中涉及的关于upd 过程的原理. 最后, 总结了upd研究方法和应用研究的现状并展望了其未来发展趋势.     

定位生长法制备AFM单壁碳纳米管针尖

采用粘性胶状物作为生长单壁碳纳米管(SWNTs)的催化剂前驱体, 在原子力显微镜下驱动废旧的硅探针粘附该种胶状物,随后进行化学气相沉积(CVD), 实现了SWNTs在硅探针末端的定位生长, 成功地制备出了SWNT针尖. 对SWNTs及SWNT 针尖进行了表征, 并对针尖的稳定成像条件进行了分析. 结果表明, 针尖一般由5-10 nm 的SWNT 管束构成, 伸出长度仅为几百纳米, 受热振动影响较小, 无需后处理即可稳定地成像, 成像分辨率与新的硅探针相当.     

AFM诱导正十八硫醇在金基底上的选择性生长

扫描探针显微镜（SCCnningPF0boMICCOSCOPy,SPM）由于其极高的空间分辨能力和高度的可控性,已成为纳米尺度加工的有力工具［‘·’j．自Schneir等［’j报道原子级平整金基底的制备和用装备An针尖的扫描隧道显微镜（ScanningTunnelingMicroscoPy,STM）在基底上制备金纳米点以来,有关在All和HOPG等基底上制备由金点构成的任意图案的方法及用导电原子力显微镜（AtomicForceM卜roscopy,AFM）在HOPG和St基底上制备金点阵的工作已有许多报道［‘·’‘．用导电AFM和TaPPingmodeAFM”,’‘对St进行直接氧化可在其表面加…