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2019年,汉密尔顿麦克马斯特大学加拿大电子显微镜中心的一名研究人员凭借高超的技术和先进的技术,制作了世界上最小的姜饼屋。“精心制作”这个词是准确的,因为细节水平是精致的。
姜饼屋有纹理丰富的墙壁、结实的砖烟囱、门上的花环和加拿大国旗形状的门垫。但这个房子最令人惊讶的特点是它的大小——它还不到10微米(微米等于10)-6M)的高度(相当于灰尘颗粒或花粉的大小),由单晶硅雕刻而成。
科学家们把这个微型房子放在一个小雪人的顶部,这个小雪人是用镍钴铝酸锂合金雕刻而成的,这种合金是现代锂离子电池的阴极材料。一根人的头发放在构图旁边,强调了物体的微观尺度。
用高科技材料雕刻出的显微结构是现代扫描电子显微镜(SEM)非凡能力的优雅展示。欧洲杯足球竞彩
加拿大研究人员建造了只有十分之一根头发长度的姜饼屋
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电子束
在扫描电镜中,样品表面被聚焦电子束“照亮”,其方式与光学显微镜中使用的光或聚焦光子束相同。利用电磁场形成电子束,并以光栅模式扫描样品表面。
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分散的电子背散射(电子或疯牛病),或淘汰的顶端的原子层的标本(二次电子或者SE),检测和分析提供一个标本的逐像素图像表面与一项决议事实上水平(纳米或海里是10-9米)。
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离子光束
电子并不是唯一可以利用电磁场加速和聚焦的带电粒子。欧洲杯猜球平台在与SEM非常相似的聚焦离子束(FIB)仪器中,一束离子(由于缺乏或过量的电子而产生净电荷的原子)被用来探测样品表面。
在现代的FIB显微镜中使用的是镓离子(Ga)——它们比电子重13万倍,并且具有更高的动量。正因为如此,聚焦的离子束可以直接修改或“研磨”样品表面,从样品表面敲出整个原子,精度达到纳米级。通过仔细地控制离子束的参数,就有可能进行非常精确的纳米加工,以生产微小的部件或去除不需要的材料。
用于纳米加工的双束FIB-SEM仪器
当FIB与SEM结合时,它变得更加强大,因为这提供了对FIB修饰表面的即时、高分辨率SEM成像。这是加拿大研究人员用来雕刻微型姜饼屋的FIB-SEM工具。
这些仪器的日常应用是多种多样的:从硬质材料(如金属、玻璃、陶瓷)或多层半导体结构(不能轻易用切削工具切割)的微纳欧洲杯足球竞彩米切片,到可以通过透射电子显微镜(TEM)研究的超薄电子透明片层的制备,以及微纳米尺度结构的制备。离子束光斑大小约为5-10纳米,因此可以产生纳米尺寸的特征。
纳米断层扫描
FIB-SEM技术的另一个“特殊”应用是具有复杂内部结构的物体(如半导体器件、生物细胞和金属合金)的纳米层析成像,其中结构特征的空间分布,单位体积的特征数量,特性连通性是非常有趣的。
这个过程包括用离子束对样品进行连续切片,然后用电子束对相应的横截面进行成像。将这些单独的横截面组合在一起,就形成了标本内部结构的三维表征或断层扫描图。
2017年,美国霍华德休斯医学研究所的一组研究人员在空间分辨率、自动连续数据采集(超过几个月)和高级数据分析算法方面,成功地将该技术发挥到了极限。
这使得绘制哺乳动物神经组织中神经元之间的连接图成为可能果蝇(小型果蝇)大脑的细节达到了前所未有的水平。
元素分析
纳米层析成像可以与能量色散x射线(EDX)分析相结合,从而提供样品中建筑材料的信息。欧洲杯足球竞彩当与高能电子(扫描电子显微镜中的成像束)相互作用时,样品的原子发射的x射线具有特定的能量(取决于原子中电子层的占用),这是材料的指纹。
通过检测来自未知成分样品的特征x射线的能量,就有可能识别样品中所有不同的化学元素。
扫描电镜-FIB- edx技术允许对小鼠膀胱上皮癌组织中的暴露细胞进行直接化学分析(通过FIB“磨碎”),斯洛文尼亚卢布尔雅那大学的一个研究小组在2019年证明了这一点。
电子束制版与光刻
扫描电镜的电子束也可以用来创建纳米尺度的图案和结构。与FIB对样品表面的直接修饰不同,电子束光刻(EBL)涉及到一层薄薄的聚合物层(抗蚀剂)涂覆在固体衬底上。阻垢层对电子很敏感,在暴露在电子束下的区域会改变它的性质。
光束写入电阻的图案可以显现(正的或负的),然后通过蚀刻或沉积方法转移到衬底上。2019年,英国诺丁汉大学的研究人员使用EBL在抛光的硅衬底上创建了世界上最小的周期表,尺寸只有14µm × 7µm。每个元素符号的宽度约为100纳米,而符号外围线的宽度小于30纳米。
这张纳米周期表清楚地展示了科学家们在日常工作中所使用的工具和技术的能力,这些工具和技术旨在更深入地了解广泛材料和工艺中的结构-性质-功能关系。欧洲杯足球竞彩参与这样的项目有助于培养更广泛的观众的科学好奇心。
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