šIgut mikroskopie atomárních sil (afm)

449 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
449
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

šIgut mikroskopie atomárních sil (afm)

  1. 1. Mikroskopie atomárních sil (AFM) Ladislav Šigut
  2. 2. Obsah <ul><li>Základní charakteristika metody (SPM) </li></ul><ul><li>Mikroskopie atomárních sil (AFM) </li></ul><ul><li>AFM – princip </li></ul><ul><li>AFM – režimy snímání povrchu </li></ul><ul><li>AFM – rozlišení </li></ul><ul><li>Vlastnosti a uplatnění AFM </li></ul><ul><li>Přístroje </li></ul><ul><li>Modifikace AFM </li></ul><ul><li>Literatura </li></ul>
  3. 3. Základní charakteristika metody (SPM) <ul><li>Mikroskopie skenující sondou ( Scanning Probe Microscopy ) </li></ul><ul><li>Těsné přiblížení měřicí sondy ke vzorku – rozlišení pod tzv. difrakční mezí za cenu získání pouze lokální informace o vzorku </li></ul><ul><li>Postupná měření ve více bodech – skenování sondou nad vzorkem </li></ul><ul><li>Metody poskytují trojrozměrný obraz v přímém prostoru </li></ul><ul><li>Snížení energetického zatížení vzorku </li></ul><ul><li>Vzdálenost sondy klade nároky na mechanickou stabilitu a řízení pohybu ( [ 3 ] ) </li></ul>
  4. 4. Mikroskopie atomárních sil (AFM)
  5. 5. Mikroskopie atomárních sil (AFM) <ul><li>1986 Binnig, Quate a Gerber ze Stanfordské univerzity. </li></ul><ul><li>Vertikální pohyb raménka způsobuje silové působení mezi hrotem a povrchem vzorků (přitažlivé síly Van der Waalsovy, Pauliho odpudivé síly elektrostatické). ( [ 1 ] ) </li></ul><ul><li>Sonda: cantilever – pružné raménko 0,2 - 0,4 mm s hrotem tvořeným čtyřbokou pyramidou. </li></ul>Obrázek 1. Mikroskop atomárních sil. Obrázek 2. Hrot a část raménka AFM.
  6. 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 μ m ÷ 1 / 10 lidského vlasu
  7. 7. Mikroskopie atomárních sil (AFM) <ul><li>Hrot skenuje povrch materiálu. </li></ul><ul><li>Výkyvy raménka jsou sledovány laserem. </li></ul><ul><li>Laserový paprsek dopadá na fotodetektor. </li></ul><ul><ul><li>Změna úhlu nosníku ~ změna úhlu dopadu paprsku. </li></ul></ul>Obrázek 4. Mikroskop atomárních sil. Obrázek 5. Princip AFM.
  8. 8. AFM - režimy snímání povrchu <ul><li>Kontaktní režim: hrot sondy je v kontaktu se vzorkem (dochází k poškození vzorku – třecí síly) </li></ul><ul><ul><li>M ód konstantního průhybu pružiny : výška upevněného konce nosníku je konstantní (nerovnosti i několik μ m). </li></ul></ul><ul><ul><li>Mód proměnného průhybu pružiny: výška upevněného konce nosníku není konstantní (poškození hrotu při velkém Δ z). </li></ul></ul>Obrázek 6. Kontaktní režim.
  9. 9. AFM - režimy snímání povrchu <ul><li>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). </li></ul><ul><li>Poklepový režim: hybrid mezi kontaktním a nekontaktním režimem. ( [ 2 ] ) </li></ul>Obrázek 7. Nekontaktní a poklepový režim. Obrázek 8. Obrázek DNA byl získán v poklepovém režimu, velikost okna 5 μm.
  10. 10. AFM - režimy snímání povrchu <ul><li>Dynamický režim (modifikace): </li></ul><ul><ul><li>raménko osciluje působením harmonické síly. Měřen je fázový posuv kmitání způsobený atomárními silami </li></ul></ul><ul><ul><li>hrot je při maximální výchylce oscilačního cyklu raménka vzdálen od vzorku (cca 5 Å ngstr ö m, tj. deset miliontin milimetru) ( [ 7 ] ) </li></ul></ul><ul><ul><li>Dynamic Force Microscopy (DFM) </li></ul></ul>
  11. 11. AFM - režimy snímání povrchu
  12. 12. AFM – rozlišení <ul><li>Závislé na: </li></ul><ul><ul><li>poloměru křivosti špičky hrotu (cca. 5 nm), </li></ul></ul><ul><ul><li>velikosti obrazu (1 x 1 μ m, 512 x 512 měřících bodů ). </li></ul></ul><ul><li>V tomto případě rozlišení 2 nm ( μ m ). </li></ul><ul><li>Zvětšení snímané plochy – pokles rozlišení </li></ul><ul><li>Zmenšení snímané plochy – rozlišení se nezvětší ( ~ poloměr křivosti špičky hrotu) ( [ 6 ] ) </li></ul>
  13. 13. AFM – rozlišení <ul><li>Obecně rozlišení stovky mikrometrů až nanometry (lze pozorovat periodickou strukturu atomové mříže, jednotlivé atomy zobrazit nelze). ( [ 2 ] ) </li></ul><ul><li>Měření na rozhraní optické a elektronové mikroskopie (OM – zaměřování vzorku) </li></ul><ul><li>V r. 2004 použitím DFM dosaženo zatím největšího rozlišení 77 pikometrů (77×10 −12 m). V tomto rozlišení je možné rozeznat struktury uvnitř jednotlivých atomů. ( [ 4 ] ) </li></ul>
  14. 14. Vlastnosti AFM <ul><li>Skenování vzorků malých rozměrů (max. stovky mikrometrů) </li></ul><ul><li>Trojrozměrné zobrazování povrchů (EM – dvojrozměrná projekce) </li></ul><ul><li>Lze studovat i elektricky nevodivé vzorky </li></ul><ul><li>Interakce hrotu a vzorku lze využít k manipulaci s atomy a k vytváření struktur nanometrových rozměrů </li></ul><ul><li>Pořeba zabránění pohybu vzorku v roztoku </li></ul><ul><li>Zobrazuje povrchovou, nikoli objemovou strukturu </li></ul><ul><li>Nevyžaduje úpravu vzorku </li></ul><ul><li>Velký rozptyl použitelných prostředí (vzduch, plyny, roztoky, magnetická pole) </li></ul><ul><li>Snímání je pomalé (řádově minuty) </li></ul><ul><li>Omezený vertikální rozsah (desítky mikrometrů) </li></ul><ul><li>Výsledný obraz musí být sestavován počítačem, je sbírán postupně ( [ 3 ] , [ 8 ] ) </li></ul>
  15. 15. Srovnání SEM a AFM PSIA XE – AFM TESCAN VEGA – SEM
  16. 16. AFM - Uplatnění <ul><li>Oblast studia katalytických procesů, povrchů pevných látek </li></ul><ul><li>Oblast nanotechnologií, záznamové techniky či biologických systémů </li></ul><ul><li>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. </li></ul>Obrázek 9. Nápis vytvořený AFM hrotem namočeným do roztoku HAuCl 4 . ( [ 3 ] )
  17. 17. Přístroje <ul><li>PSIA XE-100TM Atomic Force Microscope ( [ 5 ] ) </li></ul>
  18. 18. Přístroje <ul><li>pořízení jednoho AFM mikroskopu vyjde asi na 3 milióny korun a je k němu zapotřebí speciálně vyškolené obsluhy. </li></ul>
  19. 19. Modifikace AFM <ul><li>MFM – mikroskopie magnetických sil </li></ul><ul><li>EFM – mikroskopie elektrostatických sil </li></ul><ul><li>SThM – mikroskopie termální (sleduje lokální změny teploty vzorku) </li></ul><ul><li>UFM – Mikroskopie ultrazvukových sil (akustická mikroskopie) </li></ul><ul><li>DFM – mikroskopie dynamických sil </li></ul><ul><li>LFM – mikroskopie bočních sil </li></ul><ul><li>FMM – Mikroskopie modulovaných sil </li></ul><ul><li>PDM – Mikroskopie fázových rozdílů </li></ul><ul><li>TDFM – Mikroskopie příčných sil </li></ul><ul><li>DFM – Mikroskopie disipativních sil </li></ul>
  20. 20. Literatura <ul><li>[ 1 ] B. Rezek [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://www.fzu.cz/texty/brana/atomy/spm1.php>. </li></ul><ul><li>[ 2 ] Vodárek, V. Metody studia struktury. Studijní text KMI FMMI VŠB, Ostrava. </li></ul><ul><li>[ 3 ] Machala a kol. [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://atmilab.upol.cz/mss/mss4.html>. </li></ul><ul><li>[ 4 ] Petr Sládek [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://svp.muni.cz/ukazat.php?docId=39>. </li></ul><ul><li>[ 5 ] Víková, M [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: <http://www.ft.vslib.cz/depart/ktm/files/20070326/6.mikroskopie%20IV.pdf >. </li></ul><ul><li>[ 6 ] Kubínek, R. a Půlkrábek, J. [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://exfyz.upol.cz/didaktika/oprlz/mmm.pdf>. </li></ul><ul><li>[ 7 ] OMK AV ČR [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://press.avcr.cz/zajimave-projekty.php?id=11>. </li></ul><ul><li>[ 8 ] Wikipedie [online] poslední revize prosinec 2007. Dostupný z WWW: < http://cs.wikipedia.org/wiki/Mikroskopie_atom%C3%A1rn%C3%ADch_sil >. </li></ul>
  21. 21. Děkuji za pozornost

×