扫描探针显微技术在TiO2表面研究中的应用

对近年来扫描探针显微（SPM）技术（扫描隧道显微镜STM和原子力显微镜AFM）在TiO2表面的形貌、结构和物理化学性质研究中的应用进行了综述。     

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.     

扫描探针显微镜在导电聚合物研究中的应用

扫描探针显微镜在导电聚合物研究中的应用;扫描探针显微镜;导电聚合物;综述     

扫描探针显微术在巯醇自组装单分子膜纳米刻蚀中的应用

介绍了近十年来扫描探针显微术(SPM)在巯醇自组装单分子膜纳米刻蚀中的应用. 依据扫描探针的工作原理, 依次讨论了扫描隧道显微镜、原子力显微镜和导电原子力显微镜的工作特点和适用范围. 同时也讨论了自组装单分子膜纳米刻蚀术在生物分子传感器、超高密度信息存储等领域的应用前景.     

扫描探针显微技术在蛋白质分子结构与性质研究中的应用

由于与人类生活密切相关,蛋白质分子器件的研究得到了广泛的关注。扫描探针显微镜(SPM)技术的飞速发展无疑为从分子水平研究氧化还原蛋白质提供了有利的工具。氧化还原蛋白质的分子结构、力学性质、电学/电化学性质是蛋白质分子器件的重要研究内容。本文从SPM的电流电压特性曲线、力曲线、化学电势控制等方面介绍了相关的前沿性研究进展,为充分发挥SPM技术在蛋白质分子领域的研究提供参考。     

扫描探针刻蚀技术可控构建牛血清白蛋白纳米结构

利用Dip-pen纳米刻蚀技术(简称DPN技术)在云母基底上构建出形状、尺寸可控的牛血清白蛋白(BSA)纳米结构.考察了针尖接触基底时间及针尖下行距离对构建的牛血清白蛋白纳米结构的影响.较长的针尖-基底接触时间及较深的下行距离可以沉积更多的牛血清白蛋白分子,构建牛血清白蛋白纳米结构的形状除了与墨水分子的本身性能有关,还与墨水-基底的相互作用有关.这些形状及尺寸可控的蛋白质纳米结构可以作为模板,进行金属、半导体等其它材料的组装,有望用于制造光电纳米器件及生物纳米器件.     

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.     

电化学扫描隧道显微镜的研制及银、镍的现场电沉积研究

本文报道电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)的研制技术,包括电子线路及绝缘探针尖的制备。研制的ECSTM中,试样和探针的电位能同时控制。绝缘探针的制备包括先用电化学腐蚀形成针尖,然后再在光学显微镜下绝缘,用扫描电子显微镜评定了绝缘针尖的性能。最后用研制的ECSTM现场研究了银、镍在高定向裂解石墨(HOPG)上的电沉积。     

表面分子手性识别与组装结构的STM研究

表面手性现象是物理化学科学研究的重要内容之一,研究表面手性现象,将有助于对分子吸附,分子间相互作用,多相手性催化,手性分离与拆分等科学和实际应用问题的深入理解.在表面手性现象和手性结构的研究中,扫描隧道显微技术（STM）发挥着重要作用,成为研究表面手性现象的重要手段.该综述文章以本课题组近年已发表的研究工作为主,重点介绍利用STM研究固体表面分子吸附组装体系中关于手性问题的部分结果,包括固有手性分子在固体表面的吸附,非手性分子组装形成手性结构,以及表面手性结构的转化和调控.还结合实验结果分析探讨了表面手性的结构形成、放大和传递等,展望了该研究领域的发展趋势.     

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( …     

扫描探针显微镜在纳米加工中的应用

扫描探针显微镜不仅能对材料表面形貌进行原子级观测，还能够对单个的分子、原子及纳米粒子进行操纵。本文综述了扫描探针显微镜在纳米加工中对自组装单层膜的扫描探针刻蚀以及“蘸写笔”两方面的应用情况。     

扫描探针纳米加工技术的现状与发展趋势

介绍了扫描探针纳米加工技术的基本原理、应用前景和最新进展 ,并讨论了该技术的发展趋势     

Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy of CVD Diamond Films

 The surface morphology and electronic properties of as-deposited CVD diamond films and the diamond films which have been subjected to boron ion implantation or hydrogen plasma etching have been systematically studied by high resolution scanning probe microscopy and spectroscopy techniques. AFM and STM image observations have shown that (a) both the as-deposited CVD diamond films and the boron ion implanted films exhibit similar hillock morphologies on (100) crystal faces and these surface features are formed during the deposition process; (b) boron ion implantation does not cause a discernible increase in surface roughness; (c) atomic flatness can be achieved on crystal faces by hydrogen plasma etching of the film surface. Scanning tunnelling spectroscopy analysis has indicated that (a) the as-deposited diamond films and the hydrogen plasma etched diamond films possess typical p-type semiconductor surface electronic properties; (b) the as-deposited diamond films subjected to boron implantation exhibit surface electronic properties which change from p-type semiconducting behaviour to metallic behaviour; (c) the damage in the boron implanted diamond films is restricted to the surface layers since the electronic properties revert to p-type on depth profiling.     

Atomic-Scale Insights into Electrode Surface Dynamics by High-Speed Scanning Probe Microscopy

Atomic-scale processes at electrode surfaces in liquid electrolytes are central elemental steps of electrochemical reactions. Detailed insights into the structure of these interfaces can be obtained with in situ scanning tunnelling and atomic force microscopy. By increasing the time resolution of these methods into the millisecond range, highly dynamic processes at electrode surfaces become directly observable. This review gives an overview of in situ studies with video-rate scanning probe microscopy techniques. Firstly, quantitative investigations into the dynamic behaviour of individual adsorbed atoms and molecules are described. These reveal a complex dependence of adsorbate surface diffusion on potential and co-adsorbed species and provide data on adsorbate–adsorbate and adsorbate–substrate interactions in a liquid environment. Secondly, results on collective dynamic phenomena are discussed, such as molecular self-assembly, the dynamics of nanoscale structures, nucleation and growth, and surface restructuring due to phase-formation processes.     

扫描电化学显微镜在光电能源研究领域的应用

作为一种扫描探针技术,扫描电化学显微镜(SECM)在金属防腐、材料表征、生物医学和新能源技术等领域的研究中扮演着重要角色。本文简要介绍了SECM的基本工作原理和常用的两种工作模式:反馈模式和收集/产生模式;综述了SECM在太阳能电池和太阳光解水制氢两个光电能源研究领域的应用进展,同时结合课题组的工作基础,特别是近期利用SECM筛选合适金属离子掺杂改性WO₃光阳极的工作,对SECM在筛选半导体电极材料方面的应用特点进行了实例展示介绍,最后简要总结了SECM在光电能源研究领域的发展及方向。     

Scanning Probe Microscopy beyond Imaging: A General Tool for Quantitative Analysis

A simple, fast and general approach for quantitative analysis of scanning probe microscopy (SPM) images is reported. As a proof of concept it is used to determine with a high degree of precision the value of observables such as 1) the height, 2) the flowing current and 3) the corresponding surface potential (SP) of flat nanostructures such as gold electrodes, organic semiconductor architectures and graphenic sheets. Despite histogram analysis, or frequency count (Fc), being the most common mathematical tool used to analyse SPM images, the analytical approach is still lacking. By using the mathematical relationship between Fc and the collected data, the proposed method allows quantitative information on observable values close to the noise level to be gained. For instance, the thickness of nanostructures deposited on very rough substrates can be quantified, and this makes it possible to distinguish the contribution of an adsorbed nanostructure from that of the underlying substrate. Being non‐numerical, this versatile analytical approach is a useful and general tool for quantitative analysis of the Fc that enables all signals acquired and recorded by an SPM data array to be studied with high precision.     

利用扫描开尔文探针显微镜观察薄膜光电器件能级排布

薄膜光电器件的能级结构直接决定了载流子的产生、分离、传输、复合和收集等微观动力学过程,从而决定了器件性能。因此准确获取器件能级结构,是深入理解器件工作机制、推动器件技术革新的重要科学依据。此专论系统地介绍了本课题组利用扫描开尔文探针显微镜(SKPM)表征薄膜光电器件如有机太阳能电池、有机-无机钙钛矿光探测器等器件中界面能级结构的工作。垂直型薄膜器件中的活性材料层被顶电极与底电极封闭,通常难以直接在器件工况下测量其中的界面能级排布,我们发展了横截面SKPM技术来解决这一难题。研究表明,界面层是调控器件能级结构、决定器件极性、提高器件性能的重要手段。本文介绍的表征技术有望在各种薄膜光电器件,诸如光伏器件、光探测器、发光二极管,尤其是各种叠层构型器件的研究中展现出广阔的应用前景。