扫描隧道显微镜实验及其应用.docx
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扫描隧道显微镜实验及其应用
本科学生毕业论文（设计）
题目（中文）:
扫描隧道显微镜实验及其应用
（英文）:
Theexperimentandapplication
ofscanningtunnelingmicroscope
姓名
付双武
学号
200906001113
院（系）
电子工程系
专业、年级
物理学2009级
指导教师
谭美华
2013年5月8日
湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
本科毕业论文（设计）作者签名：
年月日
毕业论文（设计）任务书
课题名称：
扫描隧道显微镜实验及其应用
学生姓名：
付双武
系别：
电子工程系
专业：
物理学
指导教师：
谭美华
2012年11月30日
湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书
1、主题词、关键词：
扫描隧道显微镜;针尖;隧道效应;纳米科技
2、毕业论文（设计）内容要求：
一、从三个方面介绍扫描隧道显微镜的基本情况
1.STM的成长历程
2.STM的近况
3.STM的优点和局限
二、介绍扫描隧道显微镜的原理与系统
三、介绍扫描隧道显微镜的结构
四、讲述扫描与数据采集系统的设计
五、介绍STM的应用
1.STM在纳米化学中的应用
2.STM在纳米生物学的应用
3.STM在分子水平上构造电子学器件
4.STM在微机械加工中的应用
六、应用STM扫描高序石墨原子
3、文献查阅指引：
[1]杨福家.原子物理学[M].北京:
高等教育出版社,2001:
115
[2]周世勋.量子力学教程[M].北京：
高等教育出版社,1979年2月62-69.
[3]郭云昌,蔡颖谦.扫描探针显微镜的进展[J].现代科学仪器，2005（3）20-23.
[4]杨桂林,江兴方,柯善哲.近代物理[M].北京:
科学出版社,2004:
409-415..
[5]杨学恒，陈安，何光宏等，扫描隧道显微镜系统，重庆大学学报，2001（5），34（3），316-318.
[6]赵政,丁建宁,许路宁.扫描探针显微镜的研究[J].现状趋势战略,2005,43（486）:
34-37.
[7]阎石数字电子技术基础[M].北京高等教育出版社1997，12-20.
[8]程开明,唐治德.模拟电子技术[M].重庆:
重庆大学出版社,1993.91—100.
[9]康华光电子技术基础（模拟部分）[M].北京高等教育出版社199885—90.
[10]黄德欢，纳米技术与应用[M]上海：
中国纺织大学出版社2001、51—60.
[11]白春礼，扫描隧道显微镜在表面化学中的应用[M]北京：
大学化学1989.（03）
[12]黄德娟.浅谈显微镜的发展史及其在生物学中的用途[J].赤峰教育学院学报
[13]赵政,丁建宁,许路宁.扫描探针显微镜的研究[J].现状趋势战略,2005,43（486）:
34-37.
[14]吉成元扫描隧道显微镜及其应用[J].物理教师，2004，25（12）44-45.
[15]向东,王青玲,柳金凤,何开华.在扫描隧道显微镜实验中开展研究性学习[J].实验室研究与探索,2007,（03）.
4、毕业论文（设计）进度安排：
2012-11-01—2012-11-19：
根据自身特长进行选题，开展有关论文调研活动；
2013-11-20—2013-11-30：
确定题目、下达任务书，制定论文写作计划和进度；
2013-12-15—2013-12-26：
，完成相关资料文献收集，开题、完成开题报告；
2013-02-01—2013-03-25：
按照论文结构要求撰写和完成论文初稿；
2013-03-26—2013-03-30：
论文前期修改，对论文格式和内容进行细致地修改；
2013-04-07—2013-04-13：
中期检查；
2013-04-15—2013-04-30：
检查论文，论文的二次整体修改；
2013-05-01—2013-05-08：
论文自评自查、完善、后期检查整改定稿、申请准备答辩；
2013-05-09—2013-05-19：
参加答辩；
教研室意见：
负责人签名：
注：
本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书
论文（设计）题目
扫描隧道显微镜实验及其应用
作者姓名
付双武
所属系、专业、年级
电子工程系物理学专业2009年级
指导教师姓名、职称
谭美华、讲师
预计字数
10000
开题日期
2012.12.24
选题的根据：
1）说明本选题的理论、实际意义
2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解
1、理论意义：
纳米技术与信息技术和生物技术一起被称为21世纪科技发展的三大热点。
STM是我们研究这些领域的及其重要的工具，我们可以毫不夸张地说人类正在进入纳米时代，我们也可以说没有STM就没有纳米技术的发展。
2、实际意义：
由于STM所具有的原子级高分辨率等显著优点，以及结构小巧、操作方便等特点，而产生了深远的影响。
STM引发了一系列新的科学技术，纳米电子学、纳米材料学、纳米显微学、表面科学、纳米生物学、纳米机械学…等,STM已成为纳米科学技术的主要工具，在微机械加工，材料科学，生命科学中有着广泛的应用。
3、研究动态：
STM国际会议已召开了多届，发表的有关扫描隧道显微镜学理论、技术及其应用的文章已达1000多篇，还与原子力显微镜（Atomicforcemicroscope,简称AFM），场离子显微镜，低能电子衍射等其他表面分析手段联用，大大扩展了仪器的应用领域。
4、个人见解：
一场以纳米科学为核心的技术革命浪潮正滚滚而来，STM将在现代科技中发挥更大的作用。
主要内容：
一、扫描隧道显微镜的基本情况
二、扫描隧道显微镜的原理与系统
三、扫描隧道显微镜的结构
四、扫描与数据采集系统的设计
五、STM的应用
六、应用STM扫描高序石墨原子
研究方法：
1、提出问题；
2、到图书馆和网络上查阅相关资料，对国内外研究现状进行深入了解，确定自己的研究题目；
3、和同学讨论并请教指导老师；
4、针对该课题广泛收集资料并深入学习对课题展开研究；
完成期限和采取的主要措施：
采用文献法,归纳总结,查找资料等研究方法。
主要通过对各种研究资料和相关知识进行分析，在导师谭美华老师的指导帮助下，了解了国内外很多有关文献的研究成果，并以自己的观点出发，通过很多学者的各种理论、思想来完善和补充论文。
主要参考资料：
[16]杨福家.原子物理学[M].北京:
高等教育出版社,2001:
115
[17]周世勋.量子力学教程[M].北京：
高等教育出版社,1979年2月62-69.
[18]郭云昌,蔡颖谦.扫描探针显微镜的进展[J].现代科学仪器，2005（3）20-23.
[19]杨桂林,江兴方,柯善哲.近代物理[M].北京:
科学出版社,2004:
409-415..
[20]杨学恒，陈安，何光宏等，扫描隧道显微镜系统，重庆大学学报，2001（5），34（3），316-318.
[21]赵政,丁建宁,许路宁.扫描探针显微镜的研究[J].现状趋势战略,2005,43（486）:
34-37.
[22]阎石数字电子技术基础[M].北京高等教育出版社1997，12-20.
[23]程开明,唐治德.模拟电子技术[M].重庆:
重庆大学出版社,1993.91—100.
[24]康华光电子技术基础（模拟部分）[M].北京高等教育出版社199885—90.
[25]黄德欢，纳米技术与应用[M]上海：
中国纺织大学出版社2001、51—60.
[26]白春礼，扫描隧道显微镜在表面化学中的应用[M]北京：
大学化学1989.（03）
[27]黄德娟.浅谈显微镜的发展史及其在生物学中的用途[J].赤峰教育学院学报
[28]赵政,丁建宁,许路宁.扫描探针显微镜的研究[J].现状趋势战略,2005,43（486）:
34-37.
[29]吉成元扫描隧道显微镜及其应用[J].物理教师，2004，25（12）44-45.
指导教师意见：
指导教师签名：
教研室意见：
签名：
年月日
开题报告会纪要
时间
2013年4月24日上午8:
10-12:
00
地点
3－104
与
会
人
员
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
姓名
职务（职称）
孔永红
副教授
尹鑫桃
讲师
高海峡
讲师
谭美华
讲师
钟锋
讲师
会议记录摘要：
扫描隧道显微镜有什么显著的特点？
答：
具有的原子级高分辨率等显著优点，以及结构小巧、操作方便等特点
扫描隧道显微镜适合哪些领域？
答：
纳米电子学、纳米材料学、纳米显微学、表面科学、纳米生物学、纳米机械学…等,STM已成为纳米科学技术的主要工具，在微机械加工，材料科学，生命科学中有着广泛的应用。
STM的分辨率是多少？
答：
水平分辨率小于0.1纳米，垂直分辨率小于0.001纳米。
一般来讲，物体在固态下原子之间的距离在零点一到零点几个纳米之间。
在扫描隧道显微镜下，导电物质表面结构的原子、分子状态清晰可见。
会议主持人：
记录人：
年 月日
指导小组意见
负责人签名：
年月日
系部意见
负责人签名：
年月日
注：
此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份
湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表
毕业论文（设计）题目
扫描隧道显微镜实验及其应用
学生姓名
付双武
学号
200906001113
系别
电子工程系
专业
物理学
指导教师
谭美华
检查日期
2013年4月9日
指导教师检查情况记载及修改意见：
初稿基本上完成了，论文格式比较规范，正文条理清楚，有条不紊，阐述清晰明确，完成比较好，达到了要求。
但不足之处有：
1、局部冗余需作修正、删改，使整体更加协调，具体见论文红色标志。
2、扫描隧道显微镜实验及其应用在实践中的应用需要加强。
3、正文参考文献还算比较规范，但必须写清楚页码。
4、目录部分必须自动生成，以便应对删改编辑后页码变化的问题。
5、摘要要简明具体，能概括大致内容，关键词要不少于三个。
6、各级小标题不够鲜明，未能突出地反应文章内容，要作适当的修改。
签名：
注：
此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。
湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表
毕业论文（设计）题目
扫描隧道显微镜实验及其应用
学生姓名
付双武
学号
200906001113
专业班级
物理0901班
指导教师
谭美华
职称
讲师
系（教研室）
指导过程记录
指导内容
记录
（一）
1．提供了参考文献和一些论文规范模板资料，它包括论文设计工作流程、认文撰写规范和论文表格要求等等。
2．明确了课题的研究方向：
扫描隧道显微镜实验及其应用。
学生签名：
2013年1月12日
指导教师签名：
2013年1月12日
指导内容
记录
（二）
1．指导在图书馆和网上收集、整理以及搜查论文相关的知识内容的技巧。
2．指导了论文必需具备的章节结构和大体内容。
制定论文写作计划和进度、查阅相关资料、在拟订提纲的基础上进行论文编写工作。
3．指导了Word2003的操作技巧。
主要为文档编排、标记引用操作等。
学生签名：
2013年2月19日
指导教师签名：
2013年2月19日
指导内容
记录（三）
对论文的核心“扫描隧道显微镜实验及其应用”具体内容作出指导，可以试着结合自己的经验提出自己的观点。
学生签名：
2013年2月29日
指导教师签名：
2013年2月29日
指导内容
记录（四）
老师提示我结合实际多举扫描隧道显微镜在生活中应用
学生签名：
2013年3月17日
指导教师签名：
2013年3月17日
指导过程记录
指导内容
记录（五）
对论文进行中期检查，指出论文中存在的问题：
局部冗余需要做出适当的修正和删改。
学生签名：
2013年4月9日
指导教师签名：
2013年4月9日
指导内容
记录（六）
指出目录需要自动生成，以应对修改后页码变化等问题。
并对一些标题进行修改和调整，使得条理清晰明了，更突出正文内容。
学生签名：
2013年4月19日
指导教师签名：
2013年4月19日
指导内容
记录（七）
检查论文，论文的二次整体修改，指出论文格式的诸多不规范之处。
要求根据论文写作规范将论文进行修改，严格以论文模版为参照修改各部分格式。
学生签名：
2013年4月29日
指导教师签名：
2013年4月29日
指导内容
记录（八）
1．指导制作论文PPT，指出论文答辩应该注意的问题。
2．写好答辩申请表，准备打印和提交论文。
学生签名：
2013年5月8日
指导教师签名：
200年5月8日
答辩小组组长意见
（对情况是否属实做出意见）
组长（签名）：
200年月日
注：
本表与毕业论文一起装订存档。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表
论文题目
扫描隧道显微镜及其应用
作者姓名
付双武
所属系、专业、年级
电子工程系物理学专业2009年级
指导教师
姓名、职称
谭美华、讲师
字数
25876
定稿日期
2013.5.8
中
文
摘
要
1981年在IBM公司瑞士苏黎世实验室工作的G.宾尼希（G.Binning）和H.罗雷尔（H.Rohrer）利用针尖和表面间的隧道电流随间距变化的性质来探测表面的结构，获得了实空间的原子级分辨图象。
这一发明使显微科学达到一个新的水平，促进了扫描探针显微术研究的蓬勃发展，并对物理、化学、生物、材料等领域产生巨大的推动作用。
本文就STM的工作原理及结构进行了详细的讨论，对STM的扫描系统和数据采集系统的设计进行了重点说明，然后应用STM对石墨进行扫描，得到了石墨原子的图像，加深了对石墨结构的理解。
STM在现代科学技术中发挥着重要作用，本文主要讨论了其在纳米化学，材料学、生命科学、微机械加工学中的应用。
关键词
（3-5个）
扫描隧道显微镜;针尖;隧道效应;纳米
英
文
摘
要
STMisanewtechnologyofsurfaceofakindofnewdevelopedinearly80's,itscoreideaistomeasurethesurfaceatomicstructureandelectronicstructureusingtheprobetipandsurfaceatomsofdifferentkindsoflocalinteractions.Inscanningprobemicroscopyintheearlydevelopmentofsuccessisthescanningtunnelingmicroscope（ScanningTunnelingMicroscopy,STM）.In1981,IBMcompanyofSwitzerlandZurichlabG.Binnig（G.Binning）andH.（H.Rohrer）,todetectsurfacestructurepropertiesbyusingthetunnelingcurrentbetweenthetipandthesurfacewithatomicspacingchange,getrealspatialresolutionimage.Thisinventionmakesmicroscopicsciencetoanewlevel,promotethedevelopmentofscanningprobemicroscopy,andproducestheenormousimpetustothefieldofphysics,chemistry,biology,materialsetc..ThispapermakesadetaileddiscussionontheworkingprincipleandstructureofSTM,thedesignofSTMscanningsystemanddataacquisitionsystemwereintroduced,STMplaysanimportantroleinthemodernscienceandtechnology,thispapermainlydiscussesitsapplicationinnanochemistry,materialscience,lifescience,Micromechanicalprocessing.
关键词
（3-5个）
Scanningtunnelingmicroscope;tip;tunnelingeffect;nanometer
指导教师评定成绩
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
指导教师
实评分
选题质量25%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。
10
理论意义或
实际价值
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。
10
选题恰当
题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。
5
能力水平40%
查阅文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。
10
综合运用
知识能力
能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。
10
研究方案的
设计能力
整体思路清晰；研究方案合理可行。
5
研究方法和手段的运用能力
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。
10
外文应用
能力
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。
5
论文质量35%
文题相符
较好地完成论文选题的目的要求。
5
写作水平
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。
15
写作规范
符合学术论文的基本要求。
用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。
10
论文篇幅
10000字左右。
5
实评总分成绩等级
指导教师评审意见：
指导教师签名：
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
评阅教师评定成绩
评审基元
评审要素
评审内涵
满分
评阅教师
实评分
选题质量25%
目的明确
符合要求
选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。
10
理论意义或
实际价值
符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。
10
选题恰当
题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。
5
能力水平40%
查阅文献
资料能力
能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。
10
综合运用
知识能力
能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。
10
研究方案的
设计能力
整体思路清晰；研究方案合理可行。
5
研究方法和手段的运用能力
能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。
10
外文应用
能力
能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。
5
论文质量35%
文题相符
较好地完成论文选题的目的要求。
5
写作水平
论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。
15
写作规范
符合学术论文的基本要求。
用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。
10
论文篇幅
10000字左右。
5
实评总分成绩等级
评阅教师评审意见：
评阅教师签名：
说明：
评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90—100分记为优秀，80—89分记为良好，70—79分记为中等，60—69分记为及格，60分以下记为不及格。
湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表
论文题目
扫描隧道显微镜及其实验
作者姓名
付双武
所属系、专业、年级
电子工程系物理学专业2009年级
指导教师
姓名、职称
谭美华、讲师
答辩会纪要
时间
2013年5月18日上午8:
10-12:
00
地点
3－104
答
辩
小
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