Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Mikroskopie atomárních sil (AFM) Ladislav Šigut. Obsah  Základní charakteristika metody (SPM)  Mikroskopie atomárních sil (AFM)  AFM – princip  AFM.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Mikroskopie atomárních sil (AFM) Ladislav Šigut. Obsah  Základní charakteristika metody (SPM)  Mikroskopie atomárních sil (AFM)  AFM – princip  AFM."— Transkript prezentace:

1 Mikroskopie atomárních sil (AFM) Ladislav Šigut

2 Obsah  Základní charakteristika metody (SPM)  Mikroskopie atomárních sil (AFM)  AFM – princip  AFM – režimy snímání povrchu  AFM – rozlišení  Vlastnosti a uplatnění AFM  Přístroje  Modifikace AFM  Literatura

3 Základní charakteristika metody (SPM)  Mikroskopie skenující sondou (Scanning Probe Microscopy)  Těsné přiblížení měřicí sondy ke vzorku – rozlišení pod tzv. difrakční mezí za cenu získání pouze lokální informace o vzorku  Postupná měření ve více bodech – skenování sondou nad vzorkem  Metody poskytují trojrozměrný obraz v přímém prostoru  Snížení energetického zatížení vzorku  Vzdálenost sondy klade nároky na mechanickou stabilitu a řízení pohybu ([3])

4 Mikroskopie atomárních sil (AFM)

5  1986 Binnig, Quate a Gerber ze Stanfordské univerzity.  Vertikální pohyb raménka způsobuje silové působení mezi hrotem a povrchem vzorků (přitažlivé síly Van der Waalsovy, Pauliho odpudivé síly elektrostatické). ([1])  Sonda: cantilever – pružné raménko 0,2 - 0,4 mm s hrotem tvořeným čtyřbokou pyramidou. Obrázek 1. Mikroskop atomárních sil. Obrázek 2. Hrot a část raménka AFM.

6 Obrázek 3. Hrot AFM systému. ([5]) Hrot může být z různých materiálů, typickým je křemík, nebo na něm může být připevněna magnetická částice či molekula. 4 μm ÷ 1/10 lidského vlasu

7 Mikroskopie atomárních sil (AFM)  Hrot skenuje povrch materiálu.  Výkyvy raménka jsou sledovány laserem.  Laserový paprsek dopadá na fotodetektor.  Změna úhlu nosníku ~ změna úhlu dopadu paprsku. Obrázek 4. Mikroskop atomárních sil. Obrázek 5. Princip AFM.

8 AFM - režimy snímání povrchu  Kontaktní režim: hrot sondy je v kontaktu se vzorkem (dochází k poškození vzorku – třecí síly)  Mód konstantního průhybu pružiny: výška upevněného konce nosníku je konstantní (nerovnosti i několik μm).  Mód proměnného průhybu pružiny: výška upevněného konce nosníku není konstantní (poškození hrotu při velkém Δ z). Obrázek 6. Kontaktní režim.

9 AFM - režimy snímání povrchu  Nekontaktní režim: hrot se pohybuje ve vzdálenosti nad vzorkem, kde působí přitažlivé síly, sledují se změny amplitudy oscilací při interakci hrot – povrch (studium měkkých materiálů).  Poklepový režim: hybrid mezi kontaktním a nekontaktním režimem. ([2]) Obrázek 7. Nekontaktní a poklepový režim. Obrázek 8. Obrázek DNA byl získán v poklepovém režimu, velikost okna 5 μm.

10 AFM - režimy snímání povrchu  Dynamický režim (modifikace):  raménko osciluje působením harmonické síly. Měřen je fázový posuv kmitání způsobený atomárními silami  hrot je při maximální výchylce oscilačního cyklu raménka vzdálen od vzorku (cca 5 Ångström, tj. deset miliontin milimetru) ([7])  Dynamic Force Microscopy (DFM)

11 AFM - režimy snímání povrchu

12 AFM – rozlišení  Závislé na:  poloměru křivosti špičky hrotu (cca. 5 nm),  velikosti obrazu (1 x 1 μm, 512 x 512 měřících bodů).  V tomto případě rozlišení 2 nm ( μm ).  Zvětšení snímané plochy – pokles rozlišení  Zmenšení snímané plochy – rozlišení se nezvětší ( ~ poloměr křivosti špičky hrotu) ([6])

13 AFM – rozlišení  Obecně rozlišení stovky mikrometrů až nanometry (lze pozorovat periodickou strukturu atomové mříže, jednotlivé atomy zobrazit nelze). ([2])  Měření na rozhraní optické a elektronové mikroskopie (OM – zaměřování vzorku)  V r použitím DFM dosaženo zatím největšího rozlišení 77 pikometrů (77×10 −12 m). V tomto rozlišení je možné rozeznat struktury uvnitř jednotlivých atomů. ([4])

14 Vlastnosti AFM  Skenování vzorků malých rozměrů (max. stovky mikrometrů)  Trojrozměrné zobrazování povrchů (EM – dvojrozměrná projekce)  Lze studovat i elektricky nevodivé vzorky  Interakce hrotu a vzorku lze využít k manipulaci s atomy a k vytváření struktur nanometrových rozměrů  Pořeba zabránění pohybu vzorku v roztoku  Zobrazuje povrchovou, nikoli objemovou strukturu  Nevyžaduje úpravu vzorku  Velký rozptyl použitelných prostředí (vzduch, plyny, roztoky, magnetická pole)  Snímání je pomalé (řádově minuty)  Omezený vertikální rozsah (desítky mikrometrů)  Výsledný obraz musí být sestavován počítačem, je sbírán postupně ([3], [8] )

15 Srovnání SEM a AFM PSIA XE – AFM TESCAN VEGA – SEM

16 AFM - Uplatnění  Oblast studia katalytických procesů, povrchů pevných látek  Oblast nanotechnologií, záznamové techniky či biologických systémů  Možnost kombinace chemické identifikace a schopnosti manipulace jednotlivých atomů pomocí AFM na površích umožňující konstrukci nanostruktur požadovaných vlastností a funkčnosti. Přesné umístění dopantů specifických vlastností na polovodičovém povrchu může výrazně zvýšit výkonnost nanometrických tranzistorů. Obrázek 9. Nápis vytvořený AFM hrotem namočeným do roztoku HAuCl 4. ([3])

17 Přístroje  PSIA XE-100TM Atomic Force Microscope ([5])

18 Přístroje  pořízení jednoho AFM mikroskopu vyjde asi na 3 milióny korun a je k němu zapotřebí speciálně vyškolené obsluhy.

19 Modifikace AFM  MFM – mikroskopie magnetických sil  EFM – mikroskopie elektrostatických sil  SThM – mikroskopie termální (sleduje lokální změny teploty vzorku)  UFM – Mikroskopie ultrazvukových sil (akustická mikroskopie)  DFM – mikroskopie dynamických sil  LFM – mikroskopie bočních sil  FMM – Mikroskopie modulovaných sil  PDM – Mikroskopie fázových rozdílů  TDFM – Mikroskopie příčných sil  DFM – Mikroskopie disipativních sil

20 Literatura [1] B. Rezek [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [2] Vodárek, V. Metody studia struktury. Studijní text KMI FMMI VŠB, Ostrava. [3] Machala a kol. [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [4] Petr Sládek [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [5] Víková, M [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [6] Kubínek, R. a Půlkrábek, J. [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [7] OMK AV ČR [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:. [8] Wikipedie [online] poslední revize prosinec Dostupný z WWW:.

21 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "Mikroskopie atomárních sil (AFM) Ladislav Šigut. Obsah  Základní charakteristika metody (SPM)  Mikroskopie atomárních sil (AFM)  AFM – princip  AFM."

Podobné prezentace


Reklamy Google