【文章內(nèi)容簡介】 顯著提高納米器件的研制水平，并促進(jìn)納米制造技術(shù)的發(fā)展。掃描隧道顯微鏡技術(shù)是一門綜合技術(shù)，它隨著納米科技的發(fā)展而發(fā)展，為了能夠深入研究和改進(jìn)這一技術(shù)，就必須對(duì)納米科技與掃描隧道顯微鏡的關(guān)系、掃描隧道顯微鏡的工作原理和掃描隧道顯微鏡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 等理論基礎(chǔ)知識(shí)有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)。納米科學(xué)和技術(shù)是在納米尺度上()研究物質(zhì)(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(xué)科的高科技。其最終目的是直接以物質(zhì)在納米尺度上表現(xiàn)出來的特性，制造具有特定功能的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)方式的飛躍。納米科學(xué)大體包括納米電子學(xué)、納米機(jī)械學(xué)、納米材料學(xué)、納米生物學(xué)、納米光學(xué)、納米化學(xué)等領(lǐng)域。人類僅僅用眼睛和雙手認(rèn)識(shí)和改造世界是有限的，例如:。人的雙手雖然靈巧，但不能對(duì)微小物體進(jìn)行精確的控制和操縱。但是人類的思想及其創(chuàng)造性是無限的。1982年，IBM(國際商業(yè)機(jī)器)公司蘇黎世試驗(yàn)室的葛賓尼(Gerd BIImig)博士和海羅雷爾(Heinrich Rohre:)博士及其同事們共同研制成功了世界第一臺(tái)以物理學(xué)為基礎(chǔ)、集多種現(xiàn)代技術(shù)為一體的新型表面分析儀器—掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunnelling Microscope，簡稱STM)。STM不僅具有很高的空間分辨率(，)，能直接觀察到物質(zhì)表面的原子結(jié)構(gòu)。而且還能對(duì)原子和分子進(jìn)行操縱，從而將人類的主觀意愿施加于自然。STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)。在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣闊的前景，被國際科學(xué)界公認(rèn)為二十世紀(jì)八十年代世界十大科技成就之一?？梢哉fSTM是人類眼睛和雙手的延伸，是人類智慧的結(jié)晶?；赟TM的基本原理，隨后又發(fā)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(fā)射顯微鏡(BEEM)、掃描近場光學(xué)顯微境(SNOM)等。這些新型顯微技術(shù)都是利用探針與樣品的特殊相互作用來探測表面或界面在納米尺度上表現(xiàn)出的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。雖然納米科技的歷史可以追溯到三十多年前著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德費(fèi)曼在美國物理年會(huì)上的一次富有遠(yuǎn)見的報(bào)告，但是“納米科技”一詞還是近幾年才出現(xiàn)的，也正是SPM技術(shù)及其應(yīng)用迅速發(fā)展的時(shí)期。第5屆國際STM會(huì)議與第1屆國際納米科技會(huì)議于1990年在美國同時(shí)召開不能不說明SPM與納米科技之間存在著必然聯(lián)系、SPM的相繼問世為納米科技的誕生與發(fā)展起了根本性的推動(dòng)作用，而納米科技的發(fā)展也將為SPM的應(yīng)用提供廣闊的天地。納米科技是未來高科技的基礎(chǔ)，而科學(xué)儀器是科學(xué)研究中必不可少的試驗(yàn)手段，STM及其相關(guān)儀器(SPM)必將在這場向納米科技進(jìn)軍中發(fā)揮無法估量的作用。、掃描隧道顯微鏡的工作原理掃描隧道顯微鏡的工作原理是基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)來說，當(dāng)一個(gè)粒子的動(dòng)能E低于前方勢壘的高度V。時(shí)，它不可能越過此勢壘，即透射系數(shù)等于零，粒子將完全被彈回。而按照量子力學(xué)的計(jì)算，在一般情況下，其透射系數(shù)不會(huì)等于零，也就是說，粒子可以穿過比它的能量更高的勢壘，圖2 量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)示意圖掃描隧道顯微鏡是將原子線度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近時(shí)(通常小于1nm)，在外加電場的作用下，電子會(huì)穿過兩個(gè)電極之間的勢壘流向另一電極，形成隧道電流，其大小為:，式中Vb是加在針尖和樣品之間的偏置電壓，S為樣品與針尖的距離，Φ是平均功函數(shù)，A為常數(shù)，在真空條件下約等于1。由上式可知，隧道電流強(qiáng)度對(duì)針尖和樣品之間的距離有著指數(shù)的依賴關(guān)系，隧道電流即增加約一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，根據(jù)隧道電流的變化，我們可以得到樣品表面微小的高低起伏變化的信息，如果同時(shí)對(duì)X、Y方向進(jìn)行掃描，就可以直接得到三維的樣品表面形貌圖。根據(jù)隧道電流I和樣品與針尖距離S之間的關(guān)系，STM主要的工作模式有兩種:恒高模式和恒流模式。恒高模式是指保持隧道距離S不變而檢測隧道電流I的變化。恒流模式是指保持隧道電流I不變而檢測隧道距離S的變化。圖 3 STM的恒高和恒流兩種工作模式示意圖、掃描隧道顯微鏡的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)STM儀器一般由STM頭部(含探針和樣品臺(tái))、三維掃描控制器、電子學(xué)控制系統(tǒng)、減震系統(tǒng)和在線掃描控制及離線數(shù)據(jù)處理軟件等組成。圖4 STM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖探針針尖的結(jié)構(gòu)是掃描隧道顯微技術(shù)要解決的主要問題之一。針尖的大小、形狀和化學(xué)同一性不僅影響著掃描隧道顯微鏡圖像的分辨率和圖像的形狀，而且也影響著測定的電子態(tài)。如果針尖的尖端只有一個(gè)穩(wěn)定的原子而不是有多重針尖，那么隧道電流就會(huì)很穩(wěn)定，而且能夠獲得原子級(jí)分辨率的圖像。目前制備針尖的方法主要有電 化學(xué)腐蝕法(金屬鎢絲)、機(jī)械成型法(鉑一銥合金絲)等。由于鎢針尖能夠滿足STM儀器剛性的要求，因而被廣泛地使用。但由于鎢針尖在水溶液中或暴露在空氣中時(shí)，容易形成表面氧化物，因此在真空中使用前，最好在超高真空系統(tǒng)中進(jìn)行蒸發(fā)，在空氣中使用前，通過退火或使用離子研磨技術(shù)中的濺射等方法除去針尖表面的氧化層。為了得到銳利的針尖，通常用電化學(xué)腐蝕法處理金屬鎢絲。與鎢相比，鉑材料雖軟，但不易被氧化，在鉑中加入少量銥(例如鉑銥的比例為80%:20%)形成的鉑銥合金絲，除保留了不易被氧化的特性外，其剛性也得到了增強(qiáng)，故現(xiàn)在大部分人使用鉑銥合金作為隧道針尖材料。為了得到銳利的針尖，通常對(duì)鉑銥合金絲就用剪刀剪切。三維掃描控制器的作用是控制針尖在樣品表面進(jìn)行高精度的掃描，用普通機(jī)械的控制是很難達(dá)到這一要求的。目前普遍使用壓電陶瓷材料作為X、Y、Z掃描控制器件，壓電陶瓷材料能以簡單的方式將1mV1000V的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成十幾分之一納米到幾微米的位移。電子學(xué)控制系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，使探針逼近樣品，進(jìn)入隧道區(qū)，而后不斷采集隧道電流，在恒電流模式中將隧道電流與設(shè)定值相比較，再通過反饋系統(tǒng)控制探針的進(jìn)與退，保持隧道電流的穩(wěn)定。在線掃描控制及離線數(shù)據(jù)處理軟件主要用來控制STM的整個(gè)連續(xù)掃描過程以及測量數(shù)據(jù)的記錄顯示和后續(xù)處理，是整個(gè)系統(tǒng)的核心之一。減震系統(tǒng)也很重要。由于儀器工作時(shí)針尖與樣品的間距一般小于Inm，同時(shí)隧道電流與隧道間隙成指數(shù)關(guān)系，因此任何微小的震動(dòng)都會(huì)對(duì)儀器的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。必須隔絕的兩種類型的擾動(dòng)是震動(dòng)和沖擊，其中震動(dòng)隔絕是最主要的。、掃描隧道顯微鏡的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于任何儀器來說，必然會(huì)既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。與現(xiàn)有的其他表面分析技術(shù)相比，STM具有的如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：(l)、具有原子級(jí)高分辨率，即可以分辨出單個(gè)原子。(2)、可實(shí)時(shí)地得到在實(shí)空間中表面的三維圖像，這種可實(shí)時(shí)觀察的性能可用于表面擴(kuò)散等動(dòng)態(tài)過程的研究。(3)、可觀察單個(gè)原子層的局部表面結(jié)構(gòu)，而不是對(duì)體相或整個(gè)表面的平均性質(zhì)，因而可直接觀察到表面缺陷。(4)、可在真空、大氣、常溫等不同環(huán)境下工作，甚至可將樣品浸在溶液中，并且探測過程對(duì)樣品無損傷。(5)、配合掃描隧道譜STS(Scanning Tunneling Spectroscopy)可以得到有關(guān)表面電子結(jié)構(gòu)的信息如上所述，盡管STM具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)也是顯而易見的主要有如下四點(diǎn):(1)、能夠使用STM進(jìn)行觀察表面形貌的首要條件是樣品必須具有一定程度的導(dǎo)電性，這是源于STM工作原理的缺陷，可以使用AFM彌補(bǔ)這一不足。(2)、STM對(duì)工作環(huán)境要求非常高，普通STM只有在真空中測得的數(shù)據(jù)才具有較高的準(zhǔn)確度，為普及推廣STM可通過改進(jìn)STM的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來適應(yīng)大氣環(huán)境。(3)、普通STM所測量范圍較小，一般在幾個(gè)微米內(nèi)，也就無法測量表面形貌起伏波長為幾個(gè)微米或者更大的微納器件。(4)、普通STM難以準(zhǔn)確測量樣品表面上的溝槽，對(duì)具有高深一寬比結(jié)構(gòu)的微納器件更加難以測量。結(jié)束語納米科學(xué)技術(shù)已成為本世紀(jì)世界各國競相發(fā)展的重點(diǎn)科學(xué), 納米測量技術(shù)是從事納米科學(xué)技術(shù)研究的基礎(chǔ)與關(guān)鍵?！皼]有測量就沒有科學(xué), 至少是沒有真正意義上的科學(xué)”——科學(xué)家門德列耶夫高度概括了測量在科學(xué)技術(shù)上的至關(guān)重要地位。納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 不僅給納米測量技術(shù)提出了挑戰(zhàn), 而且也給納米測量技術(shù)的發(fā)展提供了機(jī)遇。同時(shí), 納米測量技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新, 將給納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供全新的發(fā)展機(jī)遇, 納米測量技術(shù)上的突破, 無疑將導(dǎo)致納米科學(xué)技術(shù)研究水平的不斷提高。第三篇：公差配合測量技術(shù)論文公差配合測量技術(shù)論文在學(xué)習(xí)和工作中，大家都嘗試過寫論文吧，通過論文寫作可以培養(yǎng)我們獨(dú)立思考和創(chuàng)新的能力。為了讓您在寫論文時(shí)更加簡單方便，下面是小編精心整理的公差配合測量技術(shù)論文，僅供參考，希望能夠幫助到大家。公差配合測量技術(shù)論文1論文摘要：《公差配合與技術(shù)測量》是機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課之一，機(jī)械行業(yè)的工作崗位，從設(shè)計(jì)制造工程師到生產(chǎn)一線的操作工都必須具有《公差配合與技術(shù)測量》方面的基本知識(shí)和基本技能。本文主要結(jié)合本人多年的教學(xué)實(shí)踐，探討如何優(yōu)化《公差配合與測量技術(shù)》的教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。論文關(guān)鍵詞：公差配合與技術(shù)測量、教學(xué)方法、多媒體教學(xué)、學(xué)習(xí)興趣論文正文：《公差配合與測量技術(shù)》這門課程概念多、名詞術(shù)語多、公式多、內(nèi)容多、涉及面廣。在教學(xué)過程中，教師必須掌握該課程的特點(diǎn)及各章節(jié)內(nèi)容的重要性及實(shí)際應(yīng)用性，同時(shí)在教學(xué)中要重視對(duì)學(xué)生的了解，注意傾聽學(xué)生的反饋信息，從而使教材的處理和教法的選擇更加貼近學(xué)生的實(shí)際，努力提高教學(xué)效果。一、認(rèn)真?zhèn)湔n。精心設(shè)計(jì)教學(xué)思路；上好第一節(jié)課。激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣在上課之前，筆者首先認(rèn)真地深入理解和鉆研教材，在備教材上下功夫。在此過程中筆者著重解決好這樣幾個(gè)問題：確定教學(xué)目的、任務(wù)和要求；明確教材的體系和內(nèi)容的主次；突出重點(diǎn)、抓住關(guān)鍵；注重研究和解決教材中的難點(diǎn)。同時(shí)在教學(xué)中總結(jié)以前的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高教學(xué)效果。在教法上努力尋求自己的特色，力求突破傳統(tǒng)的以教師為中心，教學(xué)圍繞教案進(jìn)行的陳舊模式，而是充分尊重學(xué)生的主體地位，充分考慮學(xué)生的實(shí)際，以學(xué)生為中心，以學(xué)定教。上好第一節(jié)課很重要，新的學(xué)期，學(xué)生看到新的教師、新的課本，對(duì)新課總懷有一種好奇心，迫切想知道該課程要講一些什么內(nèi)容和它有沒有使用價(jià)值，對(duì)自己以后找工作是否有用等。教師必須在第一節(jié)課抓住學(xué)生的好奇心，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，筆者認(rèn)為第一節(jié)課教師要結(jié)合專業(yè)講清課程的所用教材、參考書；課程的產(chǎn)生、發(fā)展和主要內(nèi)容，明確教學(xué)任務(wù)，講清課程性質(zhì)、特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，明確開設(shè)本門課程的重要性及要求達(dá)到的目的，最后講述如何學(xué)習(xí)及考核方法等。二、采取多種形式的教學(xué)方法。盡可能理論聯(lián)系實(shí)際，以培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)的能力本門課程一個(gè)重要的特點(diǎn)是概念多、術(shù)語多、標(biāo)準(zhǔn)多，如何理解這些概念、術(shù)語、標(biāo)準(zhǔn)，是學(xué)好該課程的關(guān)鍵，筆者采用的教學(xué)方法是理論聯(lián)系實(shí)際。例如在第二章光滑圓柱的公差與配合中，包含了基本尺寸、實(shí)際尺寸、極限尺寸、間隙配合、過盈配合、過度配合、基準(zhǔn)制等術(shù)語和定義，可以以學(xué)生在機(jī)加工實(shí)習(xí)所做的機(jī)械零件齒輪軸為載體講解。首先讓學(xué)生分析圖紙信息，提出圖紙中包含哪些尺寸，用什么形式表示，用具體的數(shù)值或數(shù)值計(jì)算，使學(xué)生能夠理解和掌握這些概念；接著根據(jù)圖紙上的公差帶代號(hào)，介紹有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，如何查表等內(nèi)容；最后提出如何選擇光滑圓柱的公差與配合。對(duì)于一些比較重要的概念，還可用提問的方式來啟發(fā)學(xué)生。一方面，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)提問，大膽提出在聽課過程中遇到的問題和困難，以求得解決。另一方面，教師要主動(dòng)提問，以考查的方式檢查學(xué)生是否掌握重要的知識(shí)概念。這樣，在與學(xué)生進(jìn)行信息交流中，課堂氣氛會(huì)更加活躍，學(xué)生在參與活動(dòng)的過程中獲得了知識(shí)，同時(shí)也極大地激發(fā)了學(xué)生表現(xiàn)自我、展示才干和鍛煉膽識(shí)的熱忱。三、合理選擇多媒體。激發(fā)學(xué)習(xí)興趣多媒體教學(xué)的目的在于幫助學(xué)生理解與掌握教學(xué)內(nèi)容，給學(xué)生展示教師的思維過程、教學(xué)內(nèi)容內(nèi)在的聯(lián)系以及相應(yīng)的背景。在教學(xué)過程中，恰當(dāng)?shù)剡x擇運(yùn)用多媒體技術(shù)，可以激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生的洞察力，有效地實(shí)施素質(zhì)教育。如在講解形位公差帶時(shí)，為了更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，體現(xiàn)教師自身的教學(xué)思路，筆者選擇了制作多媒體課件，利用動(dòng)畫模擬、逐步顯示的方式演示給學(xué)生看。這樣，書本上靜態(tài)的概念變成生動(dòng)、形象、直觀的動(dòng)態(tài)形式展現(xiàn)在學(xué)生面前，充分發(fā)揮了學(xué)生的觀察力、想象力，引起學(xué)生的求知欲，增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，提高學(xué)生的辨析能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在運(yùn)用多媒體技術(shù)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，也要認(rèn)清其作為一種輔助教學(xué)手段，應(yīng)以提高教學(xué)質(zhì)量為宗旨，不應(yīng)該一刀切、一哄而上。如上課補(bǔ)充的知識(shí)點(diǎn)或例題，學(xué)生有時(shí)上課來不及抄錄，課后在學(xué)生頭腦中沒有留下深刻的印象，所以教學(xué)效果受到影響。所以此部分我采用了傳統(tǒng)的黑板+粉筆的教學(xué)方式，目的是讓學(xué)生了解自己的思維過程，加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理解。四、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐提高能力，突出高職特色高職教育的培養(yǎng)目標(biāo)是為社會(huì)培養(yǎng)較高層次的應(yīng)用型和操作型人才，他們不但要要具備一定的理論知識(shí)，而且還要會(huì)操作，具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力。我們對(duì)于對(duì)公差配合知識(shí)要求較高的專業(yè)，專門安排一周的公差實(shí)訓(xùn)的強(qiáng)化練習(xí)，根據(jù)教學(xué)大綱安排了常用計(jì)量器具、形位公差測量、表面粗糙度測量和齒輪公差項(xiàng)目的測量等十個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)踐的教學(xué)過程中，強(qiáng)化了課本理論知識(shí)的掌握。對(duì)課時(shí)較少的專業(yè)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注意時(shí)序性和層次性。首先應(yīng)該教會(huì)學(xué)生看實(shí)物，讓學(xué)生學(xué)會(huì)看內(nèi)徑百分表、外徑千分尺、量塊、角度尺、螺紋千分尺、公法線千分尺等實(shí)物。只有讓學(xué)生先看，才能讓其形成學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，看講結(jié)合便于學(xué)生掌握測量方法和技巧，優(yōu)化了課堂教學(xué)秩序。對(duì)于光學(xué)儀器的測量，還要根據(jù)學(xué)生的情況，教師提出哪些實(shí)驗(yàn)是必做的，哪些是學(xué)有余