纳米技术

纳米技术学习报告

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首先我对我们学习的纳米技术做一个归纳总结：

1．什么是纳米科技？

纳米科技是指在纳米尺度(0.1nm到l00nm之间)上研究物质(包括原子、分子的操纵)的特性

和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的科学和技术。

2．纳米测量技术的地位、作用和前景

1)从纳米技术的发展来看, 纳米测量技术的地位和作用是至关重要的。

2)纳米加工和制造都离不开纳米测量。

3)纳米材料质量的检测、控制也与纳米测量息息相关。

4)纳米测量技术和测量装置,不仅是21世纪纳米技术实用过程中必须关注的焦点,而且也

是21世纪计量测试领域研究的重中之重。

随着纳米技术的迅猛发展，纳米测量技术将不断发展，并开拓新原理、新方法和新应用。

3．常见纳米传感器

1)目前的纳米传感器基本上可以分为两大类，一类就是在传统的高精度位移传感器基础上，

通过提高其精度、分辨率而制成的纳米级位移传感器，主要包括电容纳米传感器，电感纳米传感器，电阻应变纳米传感器等。

2)另一类是基于新原理，新概念而发明的新型纳米传感器，也就是我们通常所说的纳米探

针。

4影响纳米测量的因素

纳米计量并不是传统计量技术的简单拓展。由于纳米尺度接近原子极限，它的测量方法和仪器都有自己的独特性。

1)纳米计量必须提供纳米级甚至亚纳米级测量精度，因此纳米计量涉及并利用了多种学科，

特别是物理学中的某些基本理论和基本现象，如光干涉原理、隧道效应和晶体衍射理论等等；

2)纳米计量必须保证在纳米尺度上有相对稳定的复现性，所以它的测量和校正方法与传统

计量方法既有相似性又有自己的独特性；

3)由于纳米计量实现度量的精度高、难度大，纳米计量仪器的造价和维护费用普遍很高；

4)实现纳米计量往往对环境要求很高，需要严格控制环境湿度、温度和振动等非理想因素，

也就是营造纳米计量环境。

5．电子显微镜的组成

电子显微镜一般由电子光学部分，电气系统和真空系统三大部分组成。其中电气系统的作用是提供电镜所需的各种电压、电流及完成控制功能。真空系统用来提供观察样品所需的真空度。而电子光学部分是电子显微镜的核心部分，下面我们来详细介绍。

6．电子显微镜的关键原理和技术

（1）样品对电子的散射

①原子对电子的散射。电子是带电粒子，而原子具有电势。根据波恩近似，入射的电子将会被原子散射，即电子将偏离原来的方向，正因为电子能被原子所散射，所以我们才能用电镜看到原子。

②晶体对电子的散射。晶体中的原子是安一定的规律周期排列的。以右图为例，设O和P

为晶体中的两个原子，电子沿方向入射，被O和P散射。假设电子在入射到晶体前是一平

面波。散射后由于不同的点散射的波会产生位相差，于是在R处两列有位相差的波相遇就会发生干涉，最终的干涉情况等于不同原子的散射波的叠加。

7．扫描电子显微镜的工作原理

1)在高电压作用下，由电子枪发射的能量为5～35keV的电子，以其交叉斑作为电子源，

经二级聚光镜及物镜的缩小形成具有一定能量、一定束流强度和束斑直径的微细电子束，在扫描线圈驱动下，于试样表面按一定时间、空间顺序作栅网式逐点扫描。在试样表面，电子束与试样表层物质相互作用，产生背散电子．二次电子等各种信息。

2)二次电子是样品中原子的核外电子在入射电子的激发下离开该原子而形成的，它的能量

比较小(一般小于50ev)，因而在样品中的平均自由程也小，只有在近表面(约十纳米量级)，二次电子才能逸出表面被接收器接收并用于成像。电子束与样品相互作用涉及的范围成“梨”形。

3)在近表面区域，入射电子与样品的相互作用才刚刚开始，束斑直径还来不及扩展，与原

入射电子束直径比，变化还不大，相互作用发射二次电子的范围小，有利于得到比较高的分辨率。目前，商品扫描电镜的分辨率已经达到一纳米。加上扫描电镜的的景深大，因而可以获得高倍率的、立体感强的、直观的显微图像。这是扫描电镜获得广泛应用的最主要原因。

4)二次电子的产额与样品表面的形状有关，它对应的像类同于人们日常对物体形貌的观察，

所以常常叫做形貌衬度像。二次电子的产额比较高，有利于提高成像的信噪比。二次电子信号的上述特点决定了它对应的显微像的种种优越特性，使它得到广泛的应用，成为最主要的成像信号。探测器将这些信息接收，经放大器放大，送到阴极射线管(显像管)的栅极，调制与入射电子束同步扫描的显像管亮度，得到反映试样表面形貌的二次电子像。

5)扫描电镜的电子束某一瞬间在试样上的位置，与显像管中的电子束同一瞬间在荧光屏上

的位置是完全对应的，因而试样的表面形貌与显像屏上的图像完全对应。若电子束从试样上某一点激发出的二次电子多，送到显像管栅极的电压值就大，该点就是一亮点，反之为暗点。

6)从这里我们可以看出，扫描电镜的成像原理与透射电镜不同，在透射电镜中，电子束透

过试样，经物镜，中间镜和投影镜聚焦和放大，直接射在荧光屏上成像，在扫描电镜中，透镜将电子束聚焦成非常细的电子束，射在试样表面上,激发出各种物理讯号，由探测器接收，输送到阴极射线管成像。如果说前者是直接成像的话，后者则是间接成像。7)扫描电镜的放大倍数，等于电子束在显像管上的扫描宽度与在试样上的扫描宽度的比值。

因为显像屏的尺寸是固定的，所以，要改变放大倍数，必须改变试样上的扫描面积，例如需要增大放大倍数，必须使试样上的扫描面积减小，这是通过改变扫描线圈的电流来实现的。

8)扫描电镜的分辨率，取决于电子束射到试样表面上的直径(束斑直径)和接收的讯号类型。

束斑越小，分辨率越高。显然，扫描电镜的分辨率不会小于束斑直径。

9)扫描电镜的一个很大优点是，景深大，便于研究粗糙的试样表面，或断口的外貌，景深

是指试样上平行电子束光轴方向的长度，在这个长度范围内，试样上各点的图像均可聚