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        1. 掃描探針顯微鏡(SPM)與納米科技


          ? ? ? ?人類僅僅用眼睛和雙手認識和改造世界是有限的,例如:人眼能夠直接分辨的最小間隔大約為0.07mm;人的雙手雖然靈巧,但不能對微小物體進行精確的控制和操縱。但是人類的思想及其創造性是無限的。當歷史發展到二十世紀八十年代,一種以物理學為基礎、集多種現代技術為一體的新型表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡(STM)誕生了。STM不僅具有很高的空間分辨率(橫向可達0.1nm,縱向優于0.01nm),能直接觀察到物質表面的原子結構;而且還能對原子和分子進行操縱,從而將人類的主觀意愿施加于自然??梢哉fSTM是人類眼睛和雙手的延伸,是人類智慧的結晶。

          ? ? ? ?基于STM的基本原理,隨后又發展起來一系列掃描探針顯微鏡(SPM)。如:掃描力顯微鏡(SFM)、彈道電子發射顯微鏡(BEEM)、掃描近場光學顯微境(SNOM)等。這些新型顯微技術都是利用探針與樣品的不同相互作用來探測表面或界面在納米尺度上表現出的物理性質和化學性質。

          ? ? ? ?納米科學和技術是在納米尺度上(0.1nm~100nm之間)研究物質(包括原子、分子)的特性和相互作用,并且利用這些特性的多學科的高科技。其最終目的是直接以物質在納米尺度上表現出來的特性,制造具有特定功能的產品,實現生產方式的飛躍。納米科學大體包括納米電子學、納米機械學、納米材料學、納米生物學、納米光學、納米化學等領域。

          ? ? ? ?雖然納米科技的歷史可以追溯到三十多年前著名物理學家、諾貝爾獎獲得者理查德·費曼在美國物理年會上的一次富有遠見的報告,但是“納米科技”一詞還是近幾年才出現的,也正是SPM技術及其應用迅速發展的時期。第5屆國際STM會議與第1屆國際納米科技會議于1990年在美國同時召開不能不說明SPM與納米科技之間存在著必然聯系、SPM的相繼問世為納米科技的誕生與發展起了根本性的推動作用,而納米科技的發展也將為SPM的應用提供廣闊的天地……

          ? ? ? ?人們饒有興趣的談論和思考著21世紀的科學與技術,有人說是分子電子學時代,也有人說是信息時代。實際上納米科學與技術將是構成未來新時代的基礎。

          ? ? ? ?世界上一些發達國家已投巨資,并組織在該領域有影響的科學家進行納米科技研究。美、英、日、德等國家對納米科技予以高度重視。美國真空學會成立了納米科學與技術部。美國國家基金委員會把納米科技列為優先支持的項目,另外美國與納米科技有關的資助項目一半以上來自軍方。英國政府在財力困難的情況下也制定了納米技術計劃,在機械、光學、電子學等領域遴選了八個項目進行研究。日本制定的關于先進技術開發研究規劃中有十二個項目與納米科技有關。其投資多達幾十億日元。德國漢堡大學應用物理系結構研究中心已投資一千萬馬克,準備建造一臺世界一流的超高真空低溫STM,期望在研究磁單極的存在性這一重要科學問題上有重要突破。

          ? ? ? ?納米科技的產業應用直接根植于基礎研究,這與傳統的技術發展規律不同,從基礎到應用的轉化是直接的,其轉化周期將會更短。事實上,納米科技的發展速度比原先人們估計的要快,有的已經實用化。納米科技在計算機、信息處理、通訊、制造、生物、醫療和空間領域,尤其在國防工業上有巨大的發展前景。

          ? ? ? ?正如前面在關于納米科技的概念所述,納米科技是在納米尺度上對物質特性進行研究的基礎上,最終利用這種特性來制造具有特定功能的產品,實現生產方式的飛躍。因而就基礎研究而言,納米科學有著誘人的前景。因為在納米尺度上物質將表現出新穎的現象、奇特的效應和性質。而作為一門技術,納米技術將為人類提供新穎并具有特定功能的產品和裝置。

          ? ? ? ?因此,納米科學技術充滿著機會與挑戰。而STM及其相關儀器SPM在這機會與挑戰中必將獲得更加廣泛的應用?……

          ? ? ? ?納米科技是未來高科技的基礎,而科學儀器是科學研究中必不可少的實驗手段。STM及其相關儀器(SPM)必將在這場向納米科技進軍中發揮無法估量的作用。當納米科技時代真正到來之際,“掃描探針顯微鏡在納米科技中的應用”一文才可能最后寫上休止符。

          ? ? ? ?—— 摘自白春禮《納米科學與技術》(云南科技出版社,1995)

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