云母和石墨表面結(jié)構(gòu)的激光檢測原子力顯微鏡研究*

吳浚瀚? 成英俊 ?戴長春 ?黃桂珍 ?謝有暢? 龔立三? 白春禮**

（中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100080）

關(guān)鍵詞

云母、石墨、表面結(jié)構(gòu)、激光檢測、AFM

1986年，Binnig等人研制成功第一臺原子力顯微鏡（AFM）[1]。和STM不同，AFM不受徉品導(dǎo)電性的限制，因而其應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊。1988年，國外開始對AFM進(jìn)行改進(jìn)，研制出激光檢測原子力顯微鏡（Laser-AFM）[2-4]。1989年，國外的Laser-AFM達(dá)到了原子級分辨率[4]。目前，AFM已發(fā)展成為一種十分重要的表面分析儀器。

我們在已有的STM和AFM基礎(chǔ)上[5-6]，又成功地研制出國內(nèi)第一臺全自動Laser-AFM，達(dá)到了原子級分辮率。

云母是一種天然的層狀礦物，具有很好的絕緣性和導(dǎo)熱性，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能十分方便地解理而得到清潔的表面，同時由于其解理面上的原子排列成特征性的六方環(huán)結(jié)構(gòu)，因而常用來檢測AFM的性能，此外，由于云母解理面的缺陷少，容易得到較大的平整范圍，因此它也是AFM研究吸附樣品時最常用的基底。由于云母的絕緣性，STM檢測時需先在其表面蒸鍍金屬膜，無法直接得到其表面形貌。

圖1是我們用Laser-AFM所得到的云母表面具有六方環(huán)特征結(jié)構(gòu)的形貌灰度圖[7]。從圖1中可以得到相鄰兩個六方環(huán)結(jié)構(gòu)的中心距為0.51nm，結(jié)果與晶體衍射數(shù)據(jù)基本吻合。

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圖1 ?云母表面形貌的灰度圖（3nm×3nm）

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圖2 ?石墨表面三維圖像（1nm×1nm）
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石墨是由碳原子構(gòu)成的一種層狀晶體，圖2為我們得到的高定向裂解石墨（HOPG）表面三維圖像。從圖中可分辨出A，C位原子，其相鄰兩個A位原子間距離為0.25nm，這與晶體衍射和STM所得結(jié)果相同。

此外，利用該Laser-AFM，我們還得到了磁光盤預(yù)刻槽和在云母表面上吸附的煙草花葉病毒（TMV）、多肽及由聚苯乙烯乳膠顆粒（PSt latex particles）形成的類似二維晶體結(jié)構(gòu)圖像。

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參考文獻(xiàn)

[1] ?Binnig, G., Quate, C. F., Gerber, Ch., Phys. Rev. Lett., 1986, 56: 930-933.

[2] ?Amer, N. M., Meyer, G., Bull. Am. Phys. Soc., 1988, 33: 319-323.

[3] ?Meyer, G., Amer, N. M., Appl. Phys. Lett., 1988, 53: 1045-1017.

[4] ?Alexander, S., Hellemans, L., Marti, O. et al., J. Appl. Phys., 1989, 65: 164-167.

[5] ?白春禮，科學(xué)通報，1989，34（6）：399-400.

[6] ?白春禮，中國科學(xué)院院刊，1990，（5）：340-343.

[7] ?Hartman, H., Sposito, G., Yang, A. et al., Clays and Clay Minerals, 1990, 38: 337-342.

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* ?中國科學(xué)院“八五”重大項目和中國科學(xué)院化學(xué)研究所所長基金資助項目。

** 通訊聯(lián)系人。