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SPM技术的联用可以实现不同SPM技术之间的优势互补,因而近年来得到越来越多的关注。STM及SECM作为重要的表面分析技术,在表面科学及电化学等领域的研究中发挥了重要作用。然而,由于工作原理的限制,二者表现出各自的优势与不足:STM具有超高空间分辨性,在表面结构的研究中有无可比拟的优势,但其与电化学活性的关联却存在不足;而SECM则是研究表面微区电化学性质的有力工具,但由于探针电极尺寸及其与表面间距的限制,其空间分辨性远不及其它SPM技术。而发展STM—SECM联用技术则将充分利用二者的优势,拓展应用潜力。本论文通过对商品化STM仪器的功能拓展,利用交流自动断电电化学腐蚀及电泳漆包封,获得形状和尺寸可控的纳米电极,实现了STM与SECM的分步联用。主要研究内容和结果如下:
1.利用自制的交流自动断电装置,通过交流电化学腐蚀,制备长宽比可控的Pt—Ir针尖。调节腐蚀终点延时,可制备长宽比在0.6~3范围内及尖端尺寸小于100nm的Pt—Ir针尖。该针尖经BASF阴极电泳漆包封露出尖端,可得有效半径为5 nm~500nm内的圆锥形纳米电极。经实验验证,此类电极可用于较高分辨率STM成像,同时又可用于SECM成像,适合于STM与SECM的联用;以该纳米电极为基础,尝试了纳米环—盘电极的制作,为今后STM—SECM的实时联用所需的双探针电极的制备提供了可行的方法。
2.对商品化STM仪器(Veeco DI Nanoscope E)进行了功能拓展,实现STM和SECM联用。通过自编的HP—VEE程序,控制Meilhaus公司Me3000DA/AD板的信号输入和输出:三路DAC电压信号与Nanoscope E中控制压电陶瓷扫描的三路电压信号进行加和,以控制探针电极的x,y,z运动;流经探针的电流输入DAC通道进行采集和分析,从而可以实现STM—SECM的联用操作。在上述联用系统上,获得了一系列不同长宽比的锥形纳米电极的SECM反馈曲线,并对2μm×2μm的金属阵列进行了STM和SECM形貌成像,验证了联用的可行性。
3.对SECM反馈进行了基于有限元分析法的理论模拟,讨论了电极形貌对SECM反馈的影响,并与实验结果进行了对比,二者能够较好的重合,进一步验证了锥状电极用于STM和SECM的可行性。