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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了非尖端‑样品表面依赖的亚表面特征超分辨无损成像方法。方法包括将含有球型异质纳米颗粒的待检样品放置在超声换能器上，利用计算机调控待检样品的位置使待检样品位于隧穿电极的下方，预设正弦激励信号强度和直流偏置电压大小，正弦激励信号激励超声换能器产生超声波并作用于待检样品，隧穿电极在直流偏置电压的作用下产生隧穿电流信号，超声波对隧穿电极中的隧穿电流信号产生扰动，携带有亚表面特征信息的隧穿电流信号由成像显示模块成像。本发明实现了对亚表面特征的超分辨无损成像调控，摆脱了扫描探针体系中对探针‑样品表面间距的严格依赖，无需复杂的闭环控制回路即可实现对待检样品亚表面纳米特征的超分辨无损成像。

主权项：1.一种非尖端-样品表面依赖的亚表面特征超分辨无损成像方法，其特征在于，方法采用非尖端-样品表面依赖的亚表面特征超分辨无损成像装置，装置包括信号激励模块、限位模块、超声换能器（7）、三维纳米位移平台（8）和计算机（14）；超声换能器（7）固定安装在三维纳米位移平台（8）的上表面，含有亚表面特征的待检样品（4）放置在超声换能器（7）上，三维纳米位移平台（8）受控于计算机（14），限位模块与计算机（14）连接；方法包括以下步骤：步骤S1、将含有球型异质纳米颗粒（5）的待检样品（4）放置在超声换能器（7）上，利用计算机（14）控制三维纳米位移平台（8）和待检样品（4）移动使得待检样品（4）位于信号激励模块中的隧穿电极（1）的正下方；步骤S2、预设信号激励模块的输出条件参数，信号激励模块激励超声换能器（7）产生超声波并作用于待检样品（4），信号激励模块中的隧穿电极（1）捕捉到携带待检样品（4）中亚表面特征信息的超声波，接着利用计算机（14）采集被携带有亚表面特征信息的超声波扰动的隧穿电流信号；通过不断调控信号激励模块的输出条件参数，获得变化的输出条件参数和对应的隧穿电流信号，并从所有隧穿电流信号中选出最优的隧穿电流信号；步骤S3、选取最优的隧穿电流信号下所对应的信号激励模块的输出条件参数设置无损成像装置进行超分辨显微成像；所述的信号激励模块主要由隧穿电极（1）、锁相放大器（11）和信号发生器（9）连接组成，隧穿电极（1）的针尖主要由两个等离子体金属纳米球组成，两个等离子体金属纳米球之间的间距小于5nm；所述的步骤S2具体为：预设信号发生器（9）输出正弦激励信号的激励振幅Ac、激励初相位φc、激励频率fc以及锁相放大器（11）输出的直流偏置电压V；正弦激励信号激励超声换能器（7）产生超声波并作用于待检样品（4），隧穿电极（1）在直流偏置电压的作用下产生隧穿电流信号，超声波对隧穿电流信号产生扰动，被扰动且带有亚表面特征信息的隧穿电流信号由隧穿电极（1）经锁相放大器（11）采集后传输至计算机（14）中进行处理成像；通过不断调整信号发生器（9）输出的正弦激励信号的激励振幅Ac、激励初相位φc、激励频率fc以及锁相放大器（11）输出的直流偏置电压V，获得不同信号激励模块的输出条件参数下所对应的隧穿电流信号；所述不同信号激励模块的输出条件参数所对应的隧穿电流信号，具体按照以下公式处理得到： I=Ae4π2hs2φhexp-22me12φh12sh-φh+eVexp-22me12φh+eV12sh+B s=dφBeVφh=φB2其中：I为隧穿电极（1）输出隧穿电流信号的隧穿电流大小；A为隧穿电极（1）的有效隧穿面积；e为隧穿电极（1）针尖的电荷数；h为普朗克常数；s为隧穿电极（1）的势垒宽度；φh为有效势垒高度；φB为隧穿电极（1）的势垒高度；me为电子质量；V为施加在隧穿电极（1）两端的直流偏置电压；B为电流补偿常数；d为电极间隙宽度；上式中，隧穿电极（1）的势垒高度φB的表达式如下：φB=expaεr+bεr=1+NAp2ρ0+ρf3ε0kTMA式中：a和b均为给定的常数；εr为表征隧穿电极隧穿区隧穿介质介电特性的介电常数；p为分子偶极矩；ρ0为稳态时介质密度；ρf为超声扰动引起的介质密度变化量；ε0为真空介电常数；k为玻尔兹曼常数；T为开尔文温度；NA为阿伏伽德罗常数；MA为摩尔质量。

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