020026制作简易STM-国立台湾科学教育馆

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1、臺灣二OO七年國際科學展覽會科別：物理學作品名稱：製作簡易STM得獎獎項：第三名學校/作者：國立臺中第一高級中學王彥凱國立臺中第一高級中學謝曜聰作者簡介我是王彥凱，目前就讀台中一中二年級，從小就立定志向要朝理工方面發展，在老師的鼓勵之下，高一時就參與專題研究，並從中學習獨立思考的能力，在過程中也時常遇到挫折，使我非常沮喪，但排除困難之後的喜悅卻又彌補先前失落的心情，總之，能親自動手參與科展的製作確實使我更親近科學了。作者簡介我是謝曜聰，來自南投水里，目前是高二。在國中就發現自己對物理有較多的興趣，也很喜歡實際動手組裝機械或是操作儀器，平時會閱讀有關於物理的科普書或是雜誌。在升上高中後也因為興趣

2、而加入了物理研討社且擔任教學的工作，平時會和志同道合的朋友一起思考生活週遭的物理現象。在高一時以物理方面的問題作為專題研究的方向，也因為喜歡「動手做」所以選擇了這個製作儀器的題目。AbstractThemajorpurposeofourprojectistoassembleasimplescanningtunnelingmicroscopywithcheapandavailablematerialsforordinaryseniorhighschoolstudents.Forexample,weusespringsfordampinginsteadofelectromotiveforcedev

3、ice.Weweldalltheelectroniccircuitboardsforourselvesinordertonotonlylowerthecostbutalsoinspecttheinnerstructuremoreclearlyandprecisely.Afterthemicroscopyisassembled,wewilluseitasanappliancetoobservethesamplesofnano-particles.Wemustrepeatthisprocedureseveraltimessoastomakesurethattheimageswe’vegainedi

4、strue,notjustsomedisturbancesproducedbytheenvironment.Finally,themicroscopycanbeappliedtoresearchfieldsaswellasacademiccourses.目錄目錄…………………………………………………………………………………2摘要…………………………………………………………………………………3研究動機……………………………………………………………………………3研究目的……………………………………………………………………………3研究原理……………………………………………………………………………3研

5、究器材……………………………………………………………………………6研究過程及方法……………………………………………………………………7研究結果……………………………………………………………………………10討論…………………………………………………………………………………13結論…………………………………………………………………………………14參考資料……………………………………………………………………………142壹、摘要掃描式穿隧顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope)，是在奈米尺度下觀察物體表面的一大利器。但一台精密的STM，造價動輒數百萬元新台幣，本研究嘗試利用簡單

6、、便宜的材料，製作一台簡易的掃描式穿隧顯微鏡。眾所皆知：掃描式穿隧顯微鏡的關鍵，就是量子力學中的穿隧效應原理，及壓電材料的應用，所以這些主題都是本實驗涉及的內容。除此之外，我們也運用簡單的物理原理，取代價格高昂的儀器，例如：利用彈簧代替昂貴的避震系統等。此研究利用穿隧效應的原理，並進而利用電腦得知樣品表面的結構，以達顯微鏡觀察分析物體之功用。貳、研究動機在基礎物理課本上，由原子排列而成的「原子」字樣，引發了我們對微觀尺度下原子操縱技術的好奇心，也對近年來興起的奈米科技萌發興趣，想要更深入的瞭解。經過一段時間的摸索與學習，得知掃描式穿隧電子顯微鏡（STM）有原子操縱的功能，但對於高中生而言，動輒

7、數十萬的商用掃描式穿隧電子顯微鏡，實在不易接觸到、價格太過昂貴、操作流程也十分繁複。考慮到這些因素後，我們希望能自製一臺簡易的掃描式穿隧電子顯微鏡，運用廉價易取得的材料，例如：以簡便的彈簧代替氮氣避震系統，來自製一臺簡易的掃描式穿隧電子顯微鏡。如此，非但在製作的過程中，我們可以透徹瞭解其工作原理，也可以從中獲得莫大的成就感，就是這個動機促成了我們的研究。參、研究目的一、了解掃描式穿隧電子顯微鏡，從