Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Sigut mikroskopie atomarnich sil (afm)

476 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Sigut mikroskopie atomarnich 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

×