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.

лекция 16 мешков

293 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

лекция 16 мешков

  1. 1. Атомно-силовая микроскопия
  2. 2. Давление светаИсследовал пондеромоторные силы в различны системахВысказал гипотезу о существовании пондеромоторных сил между двумя«лучеиспускающими молекулами»Лебедев П.Н.
  3. 3. Измерение сил взаимодействиямежду теламиДерягин Б.В.Использование системы аналоговой обратной связи для поддержания расстояния0>+dzdfkУсловиеравновесияmzf −~zkfz <<=∆
  4. 4. Микроскопический подходLJMaugius-DugdaleВзаимодействие определяется суммированиемпарных взаимодействий отдельных молекул612rruβα−= 6ruβ−= 7rСu −=
  5. 5. Макроскопический подходЛифшиц Е.М.Сила взаимодействия осуществляется посредством флуктуационногоэлектромагнитного поля и является решением уравнений Максвелла)()()( ωεωεωε i+=χε in +=( ) ωξωωωεπξε di ∫∞++=022)(21)(( )( )( )( )( )( )( )( )dxexxxxxxxxexxxxxxxxkTNxckTfNcxkTNHcxkTNH∑ ∫∞=∞⋅⋅−−+−−+−++−++−+−−+−−+−++−++−=0 142221212221214222122213231111111111112 ππεεεεεεεεεεεεππ4HBf =
  6. 6. Кантилеверы• Зонды для микроскопии изготавливаются изкремния или нитрида кремния литографическимиметодами.• Острия выращиваются травлением кремния• Проводимость и магнитные свойства зонда обычнообеспечиваются специальными покрытиями.Общий вид Микрофотография острия
  7. 7. Зонды для зондовой микроскопииHi’Res: Радиус кривизны острия – 1 нмMikroMasch: www.spmtips.comNSC11, NSC18 – традиционныеконтактные кантилеверыДендримеры: размер изображения: 250 нмвысота 25 нм 40 нмС.С. Шейко, Д.А. Иванов, А.М. Музафаров
  8. 8. Scanning Probe MicroscopyMaterials science:SuperconductivityCharge density wavesSurface reconstructionGlass transition andphase separation inpolymersBionanoscopy:DNA/RNAProteinsBiomolecule’sconformationBacteria cellsVirusesNanotechnology:NanolithographyManipulations ofatoms and molecules
  9. 9. Оценка сил и смещений3 мкм20 мкмS ~ 1 мкм2d = 1 мкмU = 10 ВСила действующая между иглой и образцом:2202dSUExFε∝∂∂−∝Нашем случае это дает:Н104,0~ 9−⋅FИли для смещения иглы:нм3~xF(U)-26-23-20-17-14-11-8-51 2 3 4 5 6 7 8U, ВRMS,мВ
  10. 10. Оценка сил взаимодействия зонда с поверхностью2222 dUCUzF ∝∂∂−∝Система зонд-поверхность представляетсякак плоский конденсатор с параметрами:S = 100х100 нм2— площадьd = 50 нм — зазор.Сила взаимодействия составит:Для напряженияU = 10 ВСила взаимодействия будетF = 2 нНСоответствует смещениюZ = 0,4 нмПри жесткости кантилевераk = 5 Н/м
  11. 11. Сила притяжения в АСМПроцесс подвода
  12. 12. Сила притяжения в АСМПроцесс отвода
  13. 13. -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000 10000050100150200Z, nmU, mVСила притяжения в АСМ
  14. 14. Сила притяжения в РАСМ
  15. 15. Сила притяжения в РАСМ
  16. 16. Общий принцип работы зондового микроскопаРежимы работы обратной связи:•Режим постоянной высоты•Режим постоянного параметра
  17. 17. Многомерные представления данных в СЗМВ общем случае в СЗМ состояние зонда задаютследующие параметры:Положение по трем координатам X, Y, ZСила взаимодействия с поверхностью FРазность потенциалов между зондом иповерхностью UВеличина протекающего тока IАмплитуда Α, фазу ϕ и частоту f механическихколебаний зондаАмплитуда Iac, фазу φ и частоту ω протекающегопеременной тока I(t)Обобщая приведенные ранее идеи можно ввестипонятие о много мерном представленииНа практике используются и наглядновизуализируются лишь представления четырехмерные вида F(x,y,z) и «трехсполовиноймерные»данные (F,I)(z,U) как в СРМ, основные двухмерныеI(x,y), Z(x,y) и одномерные I(U), I(z), F(z)Ψ==),,,,,(),,,,,(fUzyxAAIUzyxFF ω
  18. 18. Использование методики сканирующей зондовой микроскопииПроведение экспериментаПодготовка образцов•Нанесение образцов:Растворы, расплавы•Порошки•Готовые образцы•Биополимеры•Живые системыИзмерения Обработка результатов•Работа с прибором•Работа с программой иуправление прибором•Анализ шероховатостиповерхности•Измерение размеровобъектов•Измерение свойствповерхности•Учет артефактов
  19. 19. -Атомно силовая микроскопияОбратная связьОптическая системаИглаПьезосканерОбразецКантилевер
  20. 20. -Резонансная атомно силоваямикроскопияОбратная связьОптическая системаИглаПьезосканерОбразецКантилевер~Генератор
  21. 21. Сканирующая резистивнаямикроскопияОбратная связьОптическая системаИглаПьезосканерОбразецКантилеверААмперметр
  22. 22. Пьезокерамика
  23. 23. Недостатки пьезокерамикиНелинейность [4] Крип [4]Наличие гистерезиса [4]Старение [5][4] В.Л. Миронов, «Основы сканирующей зондовой микроскопии», 2004[5] Aging of piezoelectric composite transducers A. Barzegar,R. Bagheri, and A. Karimi Taheri, Journal of Applied Physics, Vol. 89, No. 4, pp. 2322–2326, 15 February 2001
  24. 24. Примеры гистерезиса и крипа
  25. 25. Как измерять поверхность?•Сканирование осуществляетсяпострочно.
  26. 26. СЗМПрограммаклиентСпециаль-ное ПОПрограммасервер Управление СЗМ из любой точки круглосуточно Получение данных многими пользователями в реальном времениАвтоматизация измерений
  27. 27. ФемтоСкан Онлайн• Множество разнообразныхфильтров для СЗМ– Линейные– Нелинейные– Специальные фильтрыдля сканирующейзондовой микроскопии• Различные средства дляанализа данных– Профили– Гистограммы– Фурье-анализ– и др..• Различные способыполучения данных– Поддержка более 20форматов других СЗМ– Импорт текстовых данных– Импорт TWAIN- и видеоисточников• Модульная структура– Основные фильтры– СЗМ фильтры– ГОСТ-модульПрограммное обеспечение для сканирующей зондовой микроскопии
  28. 28. Рост кристаллов на поверхностиКристаллы NaCl на слюде
  29. 29. Одноосные или радиальные деформацииполимеров с жестким покрытием
  30. 30. Рост белковых кристалловКаждый пик на гистограммераспределения точек повысоте соответствуетотдельной ступеникристалла.Среднее расстояние междутеррассами 7,6 нм
  31. 31. Силовое картирование поверхностиИзмерение силовых кривыхF = F (x, y, z)АдгезияТвердостьДеформация
  32. 32. Состояние контакта зонд поверхностьПри сканировании на дефектахповерхности происходитизменение состояния контактасистемы зонд-поверхность.Образец Образец
  33. 33. Влияние адсорбированного веществаПодвод к поверхности Отвод от поверхностиЗависимость силы от расстояния F(z)Зависимость тока от расстояния I(z)Зависимость силы от расстояния F(z)Зависимость тока от расстояния I(z)Запаздывание электрического контакта относительно механическогоПрисутствие тока при залипании кантилевера
  34. 34. Подвод отводАмплитуда колебаний Отклонение кантилевера
  35. 35. Резонансные системыДобротность кантилевераQ ~ 10-1000Время установленияравновесия τQ1~τ
  36. 36. Состояние контакта зонд поверхностьОбразец Образец

×