化学简讯

扫描隧道显微镜(STM)通过监测扫描探针与样品之间隧道效应电流的微弱变化,获得样品表面的形貌和局部态密度,具有原子水平上的分辨率,是近年来发展起来的一种研究物质表面结构的新技术。中国科学院化学研究所白春礼小组从1987年11月开始,在不到半年的时间内,就完成了试制一台具有特色     

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.     

扫描隧道谱的原理与应用

扫描隧道显微术(STM)的出现使人类在观察微观世界的进程上经历了一次革命。在STM实验中,当探针在样品表面扫描时,探针上隧道电流(快扫描模式)或控制针尖高度的电     

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。     

扫描电化学显微镜在生物医学领域的应用研究进展

研究病变细胞和组织的异常表现可为理解重大疾病发生发展的病理机理和新型药物筛选提供重要参考.扫描电化学显微镜(Scanning electrochemical microscopy, SECM)是一种基于电化学原理的扫描探针显微镜,通过记录探针在样品表面扫描时的电流或电位等信息,对活细胞的形态和多种化学信息进行原位、实时...     

基于扫描探针显微术的微区光电性质测试方法和装置

本文以一台常规的Aglient 5500型的扫描探针显微镜为基础,通过配置光源及聚焦系统、研制光强度自动控制部件、研制样品台等方法将太阳光模拟器发射的光引入样品的探针扫描区域,开发了利用扫描探针显微镜原位测试太阳能电池材料微区光电性质的功能。光电性质的测试过程可在手套箱内进行,解决了有机半导体容易吸收空气中的水和氧而失效的问题。     

STM热化学烧孔方式的信息存储——写入脉冲幅值和脉宽对信息点尺寸的影响

以扫描探针显微技术（SPM）为基础的超高密度信息存储是近年的研究的热点。前文^[1]利用STM针尖在TEA（TCNQ）2单晶上施加电压脉冲,得到了超高密度信息孔点阵,提出了热化学烧孔方式的STM信息存储技术,在STM扫描成像的过程中,隧道电流会流经样品,产生焦尔热。但通常扫描成像过程中的隧穿电流较小,焦耳热也较小,如能找到一种二元复合材料,一级分沸点较低,且与另一组分的结合能较弱,当足够大的电流流经时,所产生的焦耳热可能使低沸点的组分气化逸出,在样品表面形成纳米尺度的信息点。我们称这种存储模式为热化学烧孔方式的STM存储。基于这一思想,我们选择电荷转移复合物TEA（TCNQ）2作为存储材料,用STM写下了纳米微级的信息孔。本文通过改变写入电压脉冲的脉幅和脉宽,控制孔的大小,并对孔大小与脉冲电压的关系进行了理论推导和分析。     

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。     

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.     

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.     

原子力显微镜几种成像模式在聚合物太阳能电池材料表征中的应用

聚合物太阳能电池材料表面柔软、粘弹性较强,很容易粘滞探针,从而影响到原子力显微镜的成像质量。本文通过比较轻敲模式、智能成像以及快速扫描模式三种原子力显微镜成像模式对聚合物太阳能电池材料的形貌和相位成像情况,分析探讨了探针型号的选择、作用力控制、扫描速率等参数对成像清晰度和准确性的影响。通过比较可知,弹性系数较小及具有反射镀层的探针均有利于聚合物类样品的检测;控制探针与样品之间较小作用力也有利于获得丰富的形貌信息;另外,扫描速率太高不利于获得细节形貌信息,应将扫描速率控制在一定范围内。因此,选择合适的成像条件和设置适当的扫描参数对原子力显微镜成功应用于分析表征聚合物太阳能电池材料样品具有十分重要的意义。     

能量色散X射线荧光探针用于古陶瓷的工艺与产地研究

利用能量色散X射线荧光(EDXRF)探针技术,研究了旧县坪遗址出土的一件青瓷样品的制造工艺与产地。从青瓷样品的器壁部,用切割法取下一个断面,用探针进行线性扫描分析。结果表明:在胎釉间存在的白色层状物的化学成分介于胎釉之间,断定其应为在烧制过程中经一系列理化反应而形成的反应层。经对该青瓷样品胎釉化学成分的聚类分析,发现其与宋代河南临汝窑青瓷的胎釉化学成分基本一致。并且,该样品与临汝窑青瓷在釉色和装饰风格上都相近。因此,旧县坪遗址的这件青瓷样品应为临汝窑制品。     

钝化与过钝化状态下304不锈钢的点蚀行为研究

为了进一步了解不锈钢钝化膜与过钝化膜的性质,本文对比研究了在不同电位下极化处理后304不锈钢样品的点蚀及表面膜性质,发现空白对照组样品的点蚀电位和1.1 V过钝化处理后样品的点蚀电位相近,而0.5 V钝化处理后样品的点蚀电位较高. 扫描Kelvin探针（SKP）实验结果也验证了这一现象. 扫描电子显微镜（SEM）结果显示,空白对照组样品表面只呈现一般样品抛光后形貌;0.5 V钝化处理后的样品表面被颗粒状钝化膜所覆盖,该膜层决定了样品具有较好的耐蚀性;而1.1 V过钝化处理后的样品表面出现裂缝,导致不锈钢基体继续发生严重的局部腐蚀,可能成为过钝化膜保护性变差的主要原因.     

STM针尖诱导铜表面纳米刻蚀与沉积

扫描隧道显微技术 ( STM)不但可在小至原子分辩的尺度上现场研究电极表面及其结构变化 ,还能对电极表面进行纳米尺度上的加工、修饰 [1～ 3] .由于 STM探针与被研究样品的表面仅相距～ 1 nm,探针附近区域电极 /溶液界面的结构和性质将不可避免地受到影响 .尽管人们已认识到针尖与样品表面不可忽视的相互作用 ,但利用该相互作用诱导纳米区域电化学反应的研究还很少 ,仅有半导体 Si[4～ 7] 和 Ga As[8] 表面基于强电场诱导或空穴注入的 STM针尖诱导纳米刻蚀等的报道 .本文在控制铜的电位负于其热力学平衡电位 ( Nernst电位 )的情况下 ,…     

基于聚邻苯二胺@单壁碳纳米管修饰电极用于全血pH测定

开发了一种新型的电流型pH传感器。聚邻苯二胺(PoPD)通过原位电化学聚合法沉积在单壁碳纳米管(SWCNT)修饰的玻碳电极(GCE)表面。利用扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对所得电极GCE/SWCNT/PoPD进行表征。通过循环伏安法(CV)优化扫描聚合电位和扫描圈数,在最佳实验条件下,研究该传感器对pH的电化学响应。结果表明,该传感器对pH在4.5～8.2具有良好的比率型电流响应。该传感器已成功用于人全血样品pH的直接测定。     

AFM探针刮擦诱导金属加速溶解行为及缓蚀剂抑制效果研究

应用原子力显微镜(AFM)探针刮伤技术研究缓蚀剂对探针诱导铜镍合金加速溶解作用的影响.实验表明,在1.5 mol/L NaC l和0.01 mol/L HC l溶液中,使用AFM探针在750 nN的力负载条件下以接触模式对铜镍合金表面持续扫描,会加速样品的溶解,并在探针刮擦区域形成蚀坑.将有机缓蚀剂十二胺及无机缓蚀剂铬酸钠添加到腐蚀介质中后,由于在合金表面形成了吸附膜和钝化膜,从而抑制探针刮擦引起的铜镍合金的加速溶解.     

3,5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应（英文）

采用尺寸较大的有机分子格式试剂(3,5-二甲基苯溴化镁)修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。     

3，5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应

采用尺寸较大的有机分子格式试剂（3,5-二甲基苯溴化镁）修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。     

3,5-二甲基苯溴化镁修饰的ZSM-5催化剂乙苯歧化反应

采用尺寸较大的有机分子格式试剂（3,5-二甲基苯溴化镁）修饰ZSM-5催化剂,用乙苯歧化反应研究了修饰催化剂的择形性,并利用探针分子动力学扩散测试结合探针分子吸附红外等手段研究分子筛孔径和内外表面酸性性质等。结果表明,少量的3,5-二甲基苯溴化镁精确地中和了ZSM-5分子筛外表面的酸性中心,导致乙苯歧化反应中极高的对二乙苯选择性。而探针分子动力学结果表明,这种修饰并未引起分子筛孔道结构的变化。     

甲苯胺蓝线扫极谱法测定硫酸软骨素

以电活性染料甲苯胺蓝(toluidine blue,TB)为生物探针,建立了一种线扫极谱法测生物多糖硫酸软骨素(chondroitin sulfate,CS)的电化学分析新方法。在pH5.0的Britton-Robinson(B-R)缓冲溶液中,TB在-0.04V(νs.SCE)处有一个灵敏的线性扫描二阶导数极谱还原峰。当在溶液中加入一定量的CS后,峰电流降低,但峰电位基本不变。这是由于两者在溶液中发生静电结合反应生成一种生物超分子复合物,导致其扩散系数降低,进而峰电流降低。利用峰电流降低建立了测定CS的电化学分析新方法。线性范围为6.0~30.0mg/L;检出限为1.9mg/L(3σ)。本方法成功应用于CS模拟样品的测定,利用电化学数据求解了结合比和结合常数。