扫描离子显微镜的研究

扫描离子显微镜-飞行时间质谱仪(即SIM/ToF-SIMS)的研究是表面分析领域的前沿课题。本文叙述了其前半部分,自制SL-1型扫描离子显微镜的原理、设计加工及实验结果。Ga离子束能12keV时,束流1×10^(-9)A、束径达亚微米,并得到ISE及ISI两种象。

氦离子显微镜对钨中氦行为的实验研究

针对热核聚变面向等离子体钨材料中氦泡形成、演变以及机理研究的需求,克服目前常用离子注入、电子扫描显微镜和透射电子显微镜等离线研究手段存在的不足,提出氦离子显微镜对钨中氦的上述行为原位实时在线研究方法.借助氦离子显微镜的离子注入、显微成像和聚焦离子束纳米加工功能,它可以提供能量为0.5—35 ke V、束流密度可达10^(25) ions/(m^2·s)以上的氦离子束,在该设备上进行钨中氦的注入实验.同时在注入过程,实时在线监测钨中氦泡形成、演变过程以及钨材料表面形貌的变化,原位在线分析钨材料表面氦泡的大小、迁移合并以及其诱发的钨表面和近表面的微观损伤.实验结果表明:氦离子显微镜是研究钨中氦行为演变过程及其微观机理研究的新的研究手段和强有力的实验工具.

Fe_3Al合金中D0_3有序化过程的场离子显微镜研究

经５００℃保温５天有序化处理得到的Ｄ０３结构Ｆｅ３Ａｌ，其场离子显微镜（ＦＩＭ）像具有十分发达的环结构，但〈１１１〉极环结构的清晰程度明显低于〈１００〉极．连续观察可以发现，〈１００〉极的场蒸发过程简洁，而〈１１１〉极较复杂．分析表明，经这种有序化处理后，Ｄ０３结构下的ＳＩ型有序已趋于完成，而ＳＩＩ型有序尚未完成．在同一温度下，即使延长保温时间，〈１１１〉极衬度也未有明显好转，表明在５００℃下处理得到的Ｄ０３有序结构并不完整．

Fe_3Al合金B2有序化过程的场离子显微镜观察

对不同有序度下的Ｂ２结构Ｆｅ_３Ａｌ进行了场离子显微镜（ＦＩＭ）研究．不论是否达到最大Ｂ２有序度，ＦＩＭ像的总体规则程度均很差，难以由常规方法得到有序度的信息．但是，ＦＩＭ像中的局部区域，也即〈１００〉极的场蒸发过程却提供了Ｂ２有序度的信息，通过对其连续观察发现，Ｆｅ_３Ａｌ的Ｂ２有序化进程在纳米尺度范围是不均匀的．从〈１２０〉极上得到的结果与〈１００〉极一致．这种一致性再一次证实了“Ａｌ成像，Ｆｅ不可见”的观点是正确的．

用场离子显微镜和原子探针研究23NiCo钢中M_2C的回火析出机制

研究了新型高合金超高强度钢 (2 3NiCo)中M2 C的回火析出机制。结果表明M2 C以非均匀形核方式析出 ,有两种形核机制 ,一种是自基体位错上直接析出 ,即单独形核 ;另一种是在渗碳体上形核 ,即原位形核。以单独形核机制析出的M2 C与基体高度共格 ;以原位形核机制析出的M2 C与基体非共格。

场离子显微镜在析出强化微合金钢中的应用

将实验V-Nb-Mo微合金钢在1200℃固溶处理,在500℃回火不同时间,用场离子显微镜(FIM)研究实验钢中碳化物的析出过程。结果表明:回火0.5 h的样品中,碳化物处于形核长大时期,与基体的{110}呈共格关系;随着回火时间的延长,碳化物形成独立的晶体结构,与基体{110}之间呈半共格关系;回火100 h后,碳化物粗化长大,与基体呈非共格关系;形状系数随着回火时间的延长先变大再变小,析出相尺寸从1.6 nm逐渐增大至15 nm。500℃回火30 h的实验钢力学性能最佳,表明碳化物的析出强化效果最明显,相应的碳化物尺寸约为4 nm。

原子探针场离子显微镜技术

原子探针场离子显微镜具有原子分辨率,放大倍数约为10~6。可直接观察正空间固体表面原子的排列,并可分析包括轻元素在内元素的原子成分。质量分辨率△m/m为1/100到1/5000,元素探测极限达到0.2at％。是强有力的表面分析手段之一,也是迄今为止能从一个个原子的角度分析成分唯一的仪器。其应用领域十分广泛。本文将对此技术作一简介。

含晶界场离子显微镜——原子探针试样的制备技术

应用电子显微镜和脉冲抛光技术 ,成功控制了晶界在场离子显微镜—原子探针试样中的位置 ,使其处于场离子显微镜—原子探针的有效分析范围内。获得铁素体不锈钢含晶界场离子显微镜—原子探针试样的制备条件 ,制成含晶界 Fe- 1

二次离子显微镜与微量元素生物组织的定位

自1960年R.Castaing和G.Slodzian研制出二次离子显微镜(SIMM,secondaryion emissionmicroanalysis)以来,作为元素的显微分析方法. 己被广泛地应用于生物体内微量元素的定位研究上。SIMM具有三大特点,一是能短时间内将微量元素在生物组织内的分布以图像的形式直观地反映出来,从而易于确定它们在组织和细胞的分布位置和作用机理;

原子探针场离子显微镜

本文介绍了原子探针场离子显微镜的基本结构，成象原理，原子鉴别的基本思想和应用范围。原子探针场离子显微镜是至今为止最能精确地确定原子位置和原子种类的重要装置，是材料科学研究的有力工具之一。

渝东南下志留统龙马溪组页岩有机质孔隙发育特征:基于聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术

页岩中的有机质孔隙对烃类气体的赋存至关重要。为了明确渝东南下志留统龙马溪组页岩的有机质孔隙发育特征,使用聚焦离子束氦离子显微镜(FIB-HIM)技术进行观察。FIB-HIM具有极高的分辨率,分辨精度可达到亚纳米级,能够有效识别直径为0~20 nm的孔隙。结果表明:龙马溪组页岩的焦沥青内部发育大量的有机质孔隙,孔隙直径大,连通性好,大量较小直径的孔隙嵌套在直径较大的有机质孔隙中,增加了页岩有机质孔隙系统的比表面积和孔隙连通性,有利于烃类气体在页岩有机质孔隙内的赋存及有效渗流。龙马溪组页岩的固体干酪根内部有机质孔隙的发育特征与焦沥青相比存在较大差别,固体干酪根内部发育的有机质孔隙数量少,孔隙直径小,连通性差,孔隙多呈孤立状存在于固体干酪根内部。

场离子显微镜观测单壁碳纳米管

场离子显微镜是具有原子级分辨能力的尖端表面分析工具。它适用于纳米尺度的单壁碳纳米管 (SWCNTs)末端表面原子排列的观测。利用范氏力将SWCNTs组装到钨针尖上 ,用场离子显微镜观察了这种针尖样品。在观察过程中对针尖样品进行了加热处理 ,既除掉非晶的C原子 ,也破坏了由于碳纳米管切割制造过程使用表面活化剂引起的高电阻层 ,得到了开口SWCNTs的场离子显微镜像 ,由此推断出SWCNTs束的顶端原子结构 ,估算出观察到的SWCNTs的直径 ,并且模拟了其中一个图像所代表的SWCNTs顶端开口的原子排列 ,推断出产生这个图像的SWCNTs是 (7,7)型结构。

场离子显微镜原子探针系统校正

本文从方法和实验讨论场离子显微镜原子探针系统的校正,提出一种新的方法并得到较好的参数,还分析了影响仪器参数精度的因素,对比各种方法的优缺点。

氦离子显微镜的发展及现状

随着超尖端灯丝制作工艺的突破,气态场离子源技术得到了前所未有的发展,依托该技术成型的氦离子显微镜弥补了传统聚焦离子束的不足,将材料加工推进到纳米尺度,同时基于其轻质离子源的特性,实现在无镀层条件下的高分辨成像。本文对氦离子显微镜的原理进行了简单阐述,举例介绍了氦离子显微镜在高分辨成像、微纳尺度加工以及氦离子原位辐照等方面的最新进展。

场离子显微镜的原理与结构

本文介绍场离子显微镜的基本原理、成像条件以及主体各部的结构。内容包括真空系统、高压系统、本体、氦气导—入和摄像装置等五个部分。

离子显微镜和钨原子分布图

现行高中物理课本上有关分子物理学的内容中,曾提到能放大200万倍的离子显微镜和用它可以看到钨针针尖上原子分布的图样,并由此测出钨原子间的距离大约是2×10(-10)m,关于离子显微镜和钨原子分布图的史实和技术资料,大多数物理教师与实验人员查阅不到,为此,本文作初步的介绍。 原子是极为微小的,原子的直径合理估算值约为2×10(-10)m,这个值已比可见光的波长小几千倍,因此,人们不能用肉眼直接来看到原子,既使用光学显微镜也是徒劳的,因为可见光的波长已大于观察物的尺寸。

场离子-扫描隧道显微镜

由IBM的Binnig和Rohrer发明的扫描隧道显微镜STM是基于与原先的各种表面研究手段完全不同的原理,能直接观察一个个表面原子并能测出每个原子位置上的电子状态的划时代的表面研究装置。STM之所以引起表面科学工作者的注目主要原因是由于它能在极高的空间分辨率(dX/Y～0.1nm,dz～0.01nm)下直接观察表面的原子结构。而且,它不一定需要超高真空条件,而可以在大气或溶液等环境中操作。这是以往任何一种表面研究手段不可能做到的。然而,即使如此,STM也暴露出它的弱点,如操作特性的不稳定性以及操作过程中原子分辨能力的不可控性。很显然主要原因是扫描探针的尖端曲率半径及其稳定性。为了在STM实验中随时监测其扫描探针尖端的原子排列状况,Kuk及Sakurai等人先后设计研制了一种将场离子显微镜FIM和STM组合在一起的复合型场离子-扫描隧道显微境FI-STM。使用这种仪器可以确保在极高的原子分辨的情况下从事STM研究。下面将就FIM的原理、STM的基础、FI-STM的技术细节以及它的应用实例作简单的介绍。

聚焦离子束扫描电子显微镜三维成像技术在肿瘤生物学领域的应用

将聚焦离子束和扫描电子显微镜相整合而形成的双束系统——聚焦离子束扫描电子显微镜(Focused Ion Beam-Scanning Electron Microscopy,FIB-SEM)已成为对生物样品的超微结构进行成像和定量分析的有力工具。该系统既能对硬质生物材料进行铣削,又能在纳米尺度完成对其三维结构的重建。更为重要的是,它还能将组织或器官的宏观形态与组成细胞的内部结构直接关联。本文介绍了FIB-SEM的工作原理和设备组成,对FIB-SEM三维成像在肿瘤及肿瘤干细胞模型、生物打印系统的铣削、成像和超微结构分析,以及癌细胞对纳米颗粒的摄入等肿瘤生物学领域的典型应用进行了概述,并对利用FIB-SEM三维定量和超微结构分析的方法研究线粒体和其他亚细胞结构与癌症发生的关系提出了展望。目的是强化FIB-SEM在肿瘤生物学领域的应用,以揭示肿瘤细胞超微形态和结构变化对肿瘤演进所起的作用,为肿瘤治疗提供新靶标。

合金的解剖──场离子显微镜原子探针材料分析

场离子显微镜原子探针是进行材料原子尺度微观组织结构分析的极有力工具．应用该技术可研究非常广泛的冶金与半导体问题．本文概要地描述了场离子显微镜原子探针的组成、类型、特性和工作方式；并以马氏体时效钢与高温超导体研究为例，讨论了该种技术在材料科学中的应用．

扫描离子电导显微镜的研制与实现

在微纳米尺度上对活细胞高分辨率成像对生命科学研究具有重要的意义,其将有助于再现正在发生的生命过程、检测细胞对外界刺激做出的响应,甚至观测某些蛋白簇在细胞膜表面的运动。然而直到今天,仍然没有很好的实现上述目标。扫描离子电导显微镜(SICM)由于其真正的非接触、高分辨、无损独特成像方式,规避了扫描过程中探针与样品表面发生力的接触,得到越来越多的关注和广泛的应用。从系统的角度阐述自制SICM系统的设计、硬件集成及跳跃模式扫描算法的实现,并通过对聚二甲基硅氧烷(PDMS)栅格成像以及与原子力显微镜(AFM)成像结果的对比,验证了系统功能的正确性和有效性;最后开展了生理环境下活体细胞的原位扫描成像实验,初步获取了活体神经细胞轴突结构的三维形貌图像。SICM的成功搭建,将为人们深入了解生理条件下活体生物样品表面微观结构与功能机理等提供有效的研究方法与手段。