一、课程内容设计：

课程名称：纳米科技创新实验

按照1学期16次课进行设计，每次课2学时，共32学时

课程可分为先导课程、主题探究课程、自主探究课程等模块

0，技能先导课：如何开展研究性学习课程？（4课时）

   主要内容：文献调研的方法；科学实验设计的思路；常用工具软件的使用

1，仪器先导课：扫描探针显微镜（SPM）  （4课时）

模块一：原子力显微镜（AFM）的基本原理与操作。

        主要内容：了解发展历史、原理及应用领域，掌握基本操作

2，主题探究课程之1：纳米形貌模块      （8课时）

模块二：原子力显微镜形貌成像及分析实验、应用探究。

典型的实验题目及内容包括：

2.1软磁盘样品的纳米尺度的形貌观察与分析；

2.2数据光盘的表面形貌观察与工作原理分析；

2.3纳米台阶的形貌观察与高度测量（如石墨烯二维材料上的原子台阶）；

2.4 其它代表性样品（如集成电路芯片、手性分子材料等）的纳米形貌观察；

2.5 光栅样品的形貌成像、关键尺寸测量及物理原理探究；（可作为自主探究课程）

2.6光电材料（如太阳能基板）的表面形貌与转换效率探究；（作为自主探究课程）

2.7 光滑表面（抛光金属、镀层）在纳米尺度的表面形貌；（作为自主探究课程）

3，主题探究课程之2：纳米力学模块        （6课时）

模块三：原子力显微镜谱曲线测量与纳米力学实验，应用探究。

典型的实验题目及内容包括：

3.1典型的力梯度-距离曲线的测量；

3.2 用AFM测量液体膜的厚度； 

3.3 试一试：如何测量纳牛顿量级的力？ 

3.4 纳米尺度的粘弹性的比较分析；（可作为自主探究课程）

3.5 原子间作用力的探究（吸引力 or 排斥；有多大）？（可作为自主探究课程）

3.6 力谱前沿应用：探究DNA分子的折叠结构（作为自主探究课程）

4，主题探究课程之3：纳米加工模块        （4课时）

模块四：纳米加工实验，如图形化刻蚀实验。（需增配纳米加工模块）

典型的实验题目及内容包括：

4.1 图形化纳米刻蚀演示实验；

4.2 试一试：纳米尺度个性化签名的体验活动；

4.3 矢量扫描（编程）；纳米加工的工程实现案例：（可作为自主探究课程）

4.3 纳米加工机理探究：机械刻蚀法、阳极氧化法、蘸水笔法、电荷注入法 

（作为自主探究课程）

5，主题探究课程之4：扫描隧道显微镜模块   （6课时）

模块五：扫描隧道显微镜（STM）实验，包括形貌成像和隧道谱。（需增配STM模块）

典型的实验题目及内容包括：

5.1  STM的物理原理：电子隧穿、量子效应；

5.2 经典实验（诺贝尔奖）：基于STM的纳米形貌观察与分析；

5.3 隧道电流谱的测量：如何测量纳安培量级的电流？

5.4 隧道结电阻的测量：通过隧穿电流-电压谱（I-V）；（可作为自主探究课程）

5.5 探究：电子隧穿几率与距离的关系。（作为自主探究课程）

二、核心仪器

核心仪器名称：扫描探针显微镜（SPM）/ 原子力显微镜（AFM）。

功能特征：采用自感应探针的原子力显微镜（AFM），实现AFM的形貌成像及分析、谱曲线测量等功能。探针采用频率调制模式实现非接触式的形貌成像，免激光调节，操作简单，是特别适合用于教学的高性能AFM产品。标配使用音叉型压电自感应探针（如Akiyama探针，与激光检测探针不兼容）。可增配实现纳米加工、扫描隧道显微镜（STM）等功能。

基本配置：主控机箱、主机底座、主机探头、探头盖、样品调节台、扫描器、探针架、计算机系统以及专用测控软件。可增配纳米加工模块、STM模块。可选配辅助观察用的光学显微镜系统。

推荐仪器品牌：中源仪器（ZungWin Instruments）（核心技术源自中山大学）；

（中源仪器、ZungWin均为广州中源仪器技术有限公司的注册商标）

推荐仪器型号：WinSPM A（自感应探针原子力显微镜） 

或：WinSPM B（兼容型原子力显微镜）