Applied Scanning Probe Methods pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K

作者:Bhushan, Bharat 编

出品人:

页数:525

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 303.97

装帧:

isbn号码:9783540740797

丛书系列:

图书标签:

• Scanning Probe Microscopy
• SPM
• AFM
• STM
• NSM
• Nanotechnology
• Surface Analysis
• Materials Science
• Physics
• Engineering

好的，这是一份关于一本名为《Applied Scanning Probe Methods》的书籍简介，该简介力求详尽且自然流畅，不包含您提供的原书内容，旨在描述一本内容相关的但不同的书籍。 --- 《纳米尺度探针技术：原理、应用与前沿进展》 书籍简介 在材料科学、凝聚态物理、生命科学以及半导体技术等尖端领域，对物质结构、形貌及局部性质进行原子级或分子级尺度的精确表征已成为不可或缺的研究手段。本书《纳米尺度探针技术：原理、应用与前沿进展》旨在系统、深入地阐述当前最主流的扫描探针显微镜（SPM）技术群的理论基础、实验操作、数据分析方法，并广泛介绍其在多学科领域中的具体应用案例与未来发展趋势。 本书结构严谨，内容覆盖面广，既适合作为高年级本科生及研究生学习扫描探针技术的基础教材，也为一线科研人员和工程师提供了一部权威的参考手册。 第一部分：扫描探针技术的基础理论 本书的开篇部分奠定了理解SPM技术所需的物理学和工程学基础。我们首先回顾了经典接触/非接触力学理论，这些理论是精确控制探针与样品间相互作用力的核心。随后，深入探讨了量子力学在原子尺度相互作用中的作用，特别是范德华力、静电力以及电子隧穿效应的精确建模。 重点章节详细剖述了 SPM系统的核心组件：高精度压电陶瓷驱动器的工作原理、超高真空（UHV）环境的维持技术，以及如何实现亚纳米级的定位精度。我们特别关注了反馈回路设计的重要性，分析了比例-积分-微分（PID）控制算法在维持稳定扫描过程中的作用，并讨论了如何处理环境噪声和热漂移对成像质量的影响。 第二部分：关键扫描探针显微镜技术详解 本书的核心内容是对主要SPM技术分支的详尽介绍： 1. 扫描隧道显微镜（STM）： STM是研究电子结构和表面原子排列的基石。本章从费米能级理论出发，推导出描述隧道电流的经典公式，并讨论了薛定谔方程在描述表面电子态时的应用。我们详细分析了负偏压（空态密度）和正偏压（费米能级以下态密度）成像的区别，并介绍了原子级振荡现象（Ripples）的物理起源。此外，本书深入探讨了扫描隧道谱学（STS），阐明了如何通过$dI/dV$谱获取局域电子态密度（LDOS）信息，并展示了利用STM/STS对单分子电子器件进行表征的先进案例。 2. 扫描力显微镜（AFM）： AFM是应用最广泛的技术之一。本书全面覆盖了其主要工作模式： 接触模式（Contact Mode）： 讨论了探针尖端的形貌对成像的限制，以及如何通过减小侧向力来保护软性样品。 轻敲模式/振动模式（Tapping Mode）： 详细阐述了激励频率、振幅衰减与样品拓扑和粘附力之间的定量关系，这是高分辨率成像软物质的关键。 非接触模式（Non-Contact Mode）： 侧重于在弱相互作用下实现无损成像的原理。 本书还专门设立章节介绍定量力学成像，包括如何利用特定的力曲线分析软件，精确提取杨氏模量、粘附强度和粘弹性参数，这在生物材料和聚合物研究中至关重要。 3. 衍生与专业化技术： 我们对一系列高性能衍生技术进行了深入介绍： 磁力显微镜（MFM）： 探讨了磁性探针的设计、磁化方向的控制以及如何区分磁畴壁和反转层。 开尔文力显微镜（KFM）： 重点分析了表面功函数测量原理，如何通过测量样品与探针之间的静电力梯度来绘制功函数分布图，以及其在半导体界面电势分析中的应用。 电势力显微镜（PFM）： 阐述了利用压电效应和铁电畴成像的机制，以及在钙钛矿材料和存储器件研究中的价值。 第三部分：样品制备、数据处理与高级应用 样品制备与环境控制： 探针技术对样品表面清洁度和完整性要求极高。本部分详细介绍了超高真空系统（UHV）中样品的原位制备技术，包括分子束外延（MBE）生长、离子束抛光、热蒸发以及激光辅助刻蚀等。同时，我们也讨论了液体环境下的SPM操作，这对生物样品成像至关重要。 数据处理与三维重构： 原始扫描数据往往含有噪声和系统伪影。本章教授了先进的图像处理技术，包括去噪算法（如小波变换）、背景扣除、以及如何利用傅里叶变换分析周期性结构。此外，详细介绍了如何从多通道（例如高度、相位、幅度、电流）数据中构建精确的三维形貌和性质分布图。 前沿应用案例研究： 本书的亮点在于其丰富的跨学科应用案例： 半导体与器件物理： 利用STM/KFM分析二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的缺陷态、边缘效应和电荷迁移率。 催化与表面化学： 在原子尺度观察表面反应动力学、单原子催化剂的活性位点识别，以及原位反应过程的实时追踪。 生物物理学： 描述了利用AFM研究DNA的构象变化、蛋白质的力学展开过程，以及细胞膜的流变学特性，重点在于如何避免探针对生物样品的损伤。 结论与展望： 最后，本书对扫描探针技术领域的未来发展方向进行了预测，包括超快扫描技术、集成化芯片上的SPM阵列，以及结合光学技术（如STED或拉曼散射）的多模态探针成像系统，展望其在下一代纳米技术中的核心地位。 目标读者群体： 本书适合物理学、化学、材料科学、电子工程及生物医学工程等领域的硕士、博士研究生，以及从事纳米技术研发的专业工程师和研究人员。通过阅读本书，读者将能够熟练掌握SPM技术，并能根据具体的科学问题选择最合适的探针方法，从而推动各自领域的研究突破。 ---

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