Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí chất rắn với đề tài: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu keo zno bằng phương pháp thủy nhiệt, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Download luận án tiến sĩ ngành vật liệu cao phân tử với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên nền graphit việt nam ứng dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm màu hữu cơ (congo red)
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận án tiến sĩ với đề tài: Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang học của vật liệu TiO2 có cấu trúc nano pha tạp ion đất hiếm, cho các bạn làm luận án tham khảo
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí chất rắn với đề tài: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu keo zno bằng phương pháp thủy nhiệt, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Download luận án tiến sĩ ngành vật liệu cao phân tử với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu từ tính trên nền graphit việt nam ứng dụng trong xử lý môi trường ô nhiễm màu hữu cơ (congo red)
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận án tiến sĩ với đề tài: Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang học của vật liệu TiO2 có cấu trúc nano pha tạp ion đất hiếm, cho các bạn làm luận án tham khảo
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận án tóm tắt ngành hóa vô cơ với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano hệ ZnO pha tạp Mn, Ce, C và đánh giá khả năng quang oxi hóa của chúng, cho các bạn làm luận án tham khảo
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lý chất rắn với đề tài: Chế tạo hạt nano Fe2O3 vô định hình và các tính chất, cho các bạn có thể làm luận văn tham khảo
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí chất rắn với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác trên cơ sở TiO2 và vật liệu khung cơ kim (MOF), cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu với đề tài: Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu nano phát quang nền NaYF4 chứa ion đất hiếm Er3+ và Yb3+ định hướng ứng dụng trong y sinh
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận án tóm tắt ngành hóa vô cơ với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano hệ ZnO pha tạp Mn, Ce, C và đánh giá khả năng quang oxi hóa của chúng, cho các bạn làm luận án tham khảo
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lý chất rắn với đề tài: Chế tạo hạt nano Fe2O3 vô định hình và các tính chất, cho các bạn có thể làm luận văn tham khảo
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí chất rắn với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu quang xúc tác trên cơ sở TiO2 và vật liệu khung cơ kim (MOF), cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận án tiến sĩ ngành khoa học vật liệu với đề tài: Tổng hợp và khảo sát các tính chất của vật liệu nano phát quang nền NaYF4 chứa ion đất hiếm Er3+ và Yb3+ định hướng ứng dụng trong y sinh
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận văn tóm tắt với đề tài: Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất của vật liệu chuyển tiếp dị chất khối cấu trúc nano trên cơ sở ống carbon nano (CNTs) và polymer dẫn, ứng dụng chế tạo pin mặt trời hữu cơ
Nghiên cứu tổng hợp kẽm silicat pha tạp bởi mangan theo phương pháp phản ứng pha rắn. Phát quang là tên gọi chung của hiện tượng phát ra ánh sáng của chất sau khi hấp thụ năng lượng bên ngoài. Chất phát quang vô cơ là các chất được chế tạo từ các hợp chất vô cơ dạng tinh thể, có khả năng phát ra ánh sáng sau khi hấp thụ năng lượng. Năng lượng bức xạ của chất phát quang nhỏ hơn năng lượng kích thích, nghĩa là sự phát sáng của chất rắn chuyển dịch về phía có bước sóng dài hơn so với tia kích thích.
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận văn thạc sĩ ngành vật liệu và linh kiện nano với đề tài: Mạ không điện cực màng Nickel cấu trúc nano tại các vị trí chọn lọc ứng dụng cho các linh kiện vi cơ điện tử, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620
Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van
Download luận văn thạc sĩ ngành vật lí chất rắn với đề tài: Chế tạo hạt nano Fe2O3 vô định hình và các tính chất, cho các bạn làm luận văn tham khảo
Nhận viết luận văn Đại học , thạc sĩ - Zalo: 0917.193.864
Tham khảo bảng giá dịch vụ viết bài tại: vietbaocaothuctap.net
Download luận án tóm tắt ngành vật liệu điện tử với đề tài: Nghiên cứu chế tạo hệ vi cảm biến điện hóa trên cơ sở polyme dẫn biến tính để ứng dụng trong y-sinh và môi trường, cho các bạn tham khảo
Download luận văn thạc sĩ ngành giáo dục học với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp kẽm silicat pha tạp bởi mangan theo phương pháp phản ứng pha rắn
50000362
Download luận văn thạc sĩ với đề tài: Nghiên cứu tổng hợp kẽm silicat pha tạp bởi mangan theo phương pháp phản ứng pha rắn, cho các bạn làm luận văn tham khảo
50000362
1. Seminar
Hiển vi lực nguyên tử AFM: nguyên lý và ứng dụng
trong lĩnh vực công nghệ nano
Sinh viên thực hiện
1. Vũ Tiến Lâm – 20162335
2. Mai Đức Dũng – 20160664
3. Dương Thu Hương – 20162053
4. Ngô Quang Vũ – 20164711
Năm 2018
3. Kích thước nano
1.27 × 107 m 0.22 m 0.7 × 10-9 m
Fullerenes C60
12,756 Km 22 cm 0.7 nm
10 triệu lần nhỏ hơn 1 tỉ lần nhỏ hơn
www.physics.ucr.edu
3
4. Cấu trúc nano
• Từ "nano" có nghĩa phần tỉ (10-9) của một đơn vị nói chung. Ở đây đơn vị là chiều dài:
nanometer or nm,
1 nm = 10-9 m = 10-3 m = 10 Å
• Vật liệu nano, cấu trúc nano - Nanostructures là hệ vật liệu với ít nhất một chiều có
kích thước trong dải ~ (1nm -100 nm). Trong cấu trúc nano, electrons bị giam cầm
trong chiều nano, nhưng tự do chuyển động trong các chiều khác.
• Một cách phân loại các hệ thấp chiều: dựa trên số chiều trong đó electrons chuyển
động tự do:
2-D 1-D 0-D
4
5. Công nghệ nano là gì?
• Công nghệ nano là việc sáng (chế) tạo ra các vật liệu, linh kiện và các hệ thống chức
năng, dựa trên sự hiểu biết và khả năng điều khiển vật chất ở kích thước nanometer
(1-100 nm), khi có thể quan sát được những chức năng và tính chất mới của vật chất
và khai thác chúng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
• Nhiệm vụ của ngành CNNN
✓ Chế tạo được,
✓ Hiểu và điều khiển được,
✓ Tính chất mới,
✓ Ứng dụng.
5
6. Các hiện tượng đặc biệt ở hệ thấp chiều
• Giam cầm lượng tử: kết quả lượng tử hóa năng lượng và xung lượng, và giảm số
chiều các trạng thái điện tử.
• Các hiệu ứng bề mặt/phân biên: một phần lớn, thậm chí đại đa số nguyên tử trong cấu
trúc nano là ở trên hoặc gần bề mặt hay phân biên.
➢ Tính chất cơ, nhiệt động, điện, từ, quang và hóa của các nguyên tử này có thể rất
khác các nguyên tử nằm phía trong.
Phần trăm nguyên tử trên bề mặt
Nanoscale Materials in Chemistry, Ed. K.J. Klabunde, Wiley, 2001
J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142
6
Tỉ lệ số nguyên tử bề mặt và trong khối
Nano tinh thể sắt
7. Thang nano = Tỉ số bề mặt / thể tích rất lớn
Clayton Teague, NNI 7
Ví dụ, khối vật liệu hình lập phương 5 cm3 – cạnh ~ 1.7 cm, chia nhỏ 24 lần thành
các hình lập phương 1 nanometer với diện tích bề mặt trải ra đủ phủ đầy 1 sân
vận động
Chia nhỏ 24 lần
Miami MLS stadium
8. Hiệu ứng kích thước ở thang nanomet
Xuất hiện các hiện tượng và tính chất mới, bao gồm cả sự thay đổi về:
• Tính chất vật lý (vd: nhiệt độ nóng chảy),
• Tính chất hóa học (vd: hoạt độ),
• Tính chất điện (vd: độ dẫn),
• Tính chất cơ (vd: sức bền),
• Tính chất quang (vd: phát quang).
Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001 8
Nhiệt độ nóng chảy của hạt vàng giảm mạnh
khi kích thước hạt giảm xuống dưới 5 nm
Chấm lượng tử thay đổi mầu khi kích thước thay đổi
9. Vật liệu nano
Vật liệu nano có kích thước nhỏ hơn 100 nm – được sử dụng trong các cấu trúc nano,
linh kiện nano và hệ thống nano.
Hạt nano và cấu trúc nano:
TU Dresden/ESRF, 2008, Northwestern Univ, 2002, IBM Corp., 1993, Univ. of Cambridge, 2007. 9
Hạt nano bạc “San hô lượng tử” hình sân vận
động được sắp xếp từ các nguyên
tử sắt trên bề mặt đế đồng
Cấu trúc nano 3 chiều được tạo bởi
quá trình khống chế tạo mầm dây
nano SiC trên các hạt xúc tác Ga
Hạt nano vàng
10. Vật liệu nano
Các cấu trúc nano các bon: graphene, than chì, ống nano, fullerene.
10
11. Vật liệu nano
Dây nano và ống nano:
• Kích thước ngang: 1 – 100 nm,
• Dây nano và ống nano có các tính chất vật lý,
điện tử và quang học mới do:
- Giam giữ lượng tử hai chiều,
- Một chiều cấu trúc,
- Tỉ lệ giữa diện tích bề mặt và thể tích cao.
• Ứng dụng tiềm năng trong rất nhiều linh kiện và
hệ thống nano:
- Cảm biến nano và bộ chấp hành nano,
- Các linh kiện quang điện – pin mặt trời,
- Transistors, diodes and LASERs.
McMaster Univ., 2008 11
Pin mặt trời dây nano: Các dây nano tạo bề mặt có
thể hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời hơn bề mặt phẳng.
12. Ứng dụng của công nghệ nano
12
Công nghệ thông tin Năng lượng
Y học Đồ gia dụng
• Máy tính và các hệ
thống CNTT nhỏ hơn,
nhanh hơn, đa năng và
tiết kiệm năng lượng
hơn.
• Hiệu suất cao hơn và rẻ hơn
− Pin mặt trời
− Pin nhiên liệu
− Acqui
− Nhiên liệu sinh học.
• Thực phẩm: Vật liệu đóng
gói, cảm biến, và lab-on-
chips để kiểm tra chất lượng.
• Dệt may: Vải chống bẩn,
chống thấm, không nhàu.
• Nội trợ và mỹ phẩm: Sản
phẩm tự làm sạch, chống
xước, sơn, mỹ phẩm chất
lượng hơn.
• Điều trị ung thư
• Cấy xương
• Dẫn thuốc
• Appetite control
• Chế tạo thuốc
• Dụng cụ y học
• Chẩn đoán bệnh
• Imaging.
13. Ứng dụng của công nghệ nano
IBN Singapore, 2008, ACS Nano 2009, DOI: 10.1021/nn900002m. 13
Targeted drug delivery
Lab on chip gene analysis device
Nanorobot
Nanotechnology Addresses Immortality and the
Future of Mankind = Công nghệ nano hướng tới
tương lai và sự bất tử của nhân loại
14. Công nghệ chế tạo
Hai cách tiếp cận:
• Từ trên xuống: bắt đầu từ vật liệu khối lớn, “cắt gọt” dần để nhận cấu trúc cần thiết
• Từ dưới lên: lắp ghép cấu trúc từ các “viên gạch” là các nguyên tử, phân tử hay các
cụm nguyên tử.
14
Top-Down Bottom-Up
15. Lịch sử công nghệ nano
~ 2000 năm trước – Người Hy Lạp và La Mã dùng nano
tinh thể sulfide để nhuộm tóc
~ 1000 năm trước (Trung Cổ) – Các hạt vàng kích thước
nano được dùng để tạo màu khác nhau trên kính cửa sổ
1959 – “There is plenty of room at the bottom” by R.
Feynman
1974 – Thuật ngữ “Nanotechnology” – công nghệ nano
được Taniguchi sử dụng lần đầu tiên
1981 – IBM chế tạo Kính hiển vi tunel quét
1985 – Phát hiện ra C60
1986 – Cuốn sách KHVT đầu tiên về CN nano “Cỗ máy
sáng tạo - Engines of Creation” của K. Eric Drexler. Phát
minh Kính hiển vi lực nguyên tử
1989 – Logo IBM được tạo từ các nguyên tử
1991 – S. Iijima phát hiện ra ống nano cácbon
1999 – Cuốn sách đầu tiên về Y học nano “Nanomedicine”
2000 – TT Bill Clinton: Sáng kiến quốc gia về CN nano
“National Nanotechnology Initiative” .
15
16. Triển vọng ngành công nghệ nano tại Việt Nam
1997 – Tại Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc tại Đồ Sơn, GS.VS Nguyễn Văn Hiệu đã
kêu gọi các nhà vật lý VN đi tiên phong trong việc nghiên cứu nano
2004 – Chương trình NCCB cấp Nhà nước về CN Nano
2010 – Tạp chí quốc tế Advances in Natural Sciences: Nanoscience and
Nanotechnology
Các đơn vị nghiên cứu mạnh về KHCN nano:
• Viện Hàn lâm KHCN VN,
• ĐH Bách khoa HN,
• ĐH Quốc gia HN,
• ĐH Quốc gia Tp HCM.
16
18. Nano trong tự nhiên
18
Cấu trúc nano trên lòng bàn chân thạch sùng.
19. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
Kính hiển vi lực nguyên tử tại viện VLKT-ĐHBKHN
PHẦN II
Kính hiển vi
lực nguyên tử
Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm cấu tạo
Nguyên lý hoạt động
Các lĩnh vực ứng dụng
19
20. Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm của AFM
Cấu tạo của AFM
Nguyên lý hoạt động của AFM
Ứng dụng của AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
1
2
3
4
5
20
21. Lịch sử phát triển
• Được sáng chế bởi Gerd Binnig và Christoph Gerber vào năm 1986,
• Được phát triển từ một loại kính hiển vi tunel cũng do hai ông chế tạo vào năm 1982,
• Kính có độ phân giải ở cấp độ nanômét
• Thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề
mặt.
chiếc AFM đầu tiên được lưu giữ tại bảo tàng
khoa học London.
21
22. Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm của AFM
Cấu tạo của AFM
Nguyên lý hoạt động của AFM
Ứng dụng của AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
1
2
3
4
5
22
23. Đặc điểm của AFM
Ưu điểm:
• Đo được cả vật dẫn điện và vật không dẫn điện,
• Không đòi hỏi môi trường chân không cao, có thể hoạt động ngay trong môi trường
bình thường.
• Cho ảnh bề mặt đến độ phân giải phân tử, tạo ảnh ba chiều của mẫu.
• Cung cấp những phép đo độ cao trực tiếp về địa hình của mẫu và hình ảnh chi tiết về
đặc trưng bề mặt mẫu.
Hình ảnh quét AFM 3D của nhóm anodized. AFM cung cấp thông tin 3 chiều bề mặt mẫu
23
24. Đặc điểm của AFM
Nhược điểm
• AFM quét ảnh trên một diện tích hẹp (dưới 150 µm),
• Tốc độ ghi ảnh chậm,
• Chất lượng ảnh bị ảnh hưởng bởi quá trình trễ của bộ quét áp điện,
• Đầu dò rung trên bề mặt có thể phá hủy bề mặt, yêu cầu bề mặt phải sạch.
24
25. Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm của AFM
Cấu tạo của AFM
Nguyên lý hoạt động của AFM
Ứng dụng của AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
1
2
3
4
5
25
26. Cấu tạo của AFM
Gồm có 6 bộ phận chính:
1. Mũi nhọn (tip)
2. Cần quét (cantilever)
3. Nguồn laser
4. Gương phản xạ (miroir)
5. Hai nửa tấm quang điện (photodiode)
6. Bộ quét áp điện (piezo scanner)
1
2
3
45
6
26
28. Cấu tạo của AFM
Mũi nhọn (tip)
• Thường được làm bằng Si hoặc SiN
• Kích thước đầu mũi nhọn khoảng 1-50 nm
• Độ cứng mũi nhọn không vượt quá 0,1 N/m.
• Bán kính cong tại đỉnh mũi dò khoảng 10-20 độ.
28
29. Cấu tạo của AFM
Cần quét
• Cấu tạo từ Si3N4, Si vô định hình hoặc oxitsilic ,
• Kích thước và hình dạng khác nhau, độ cứng k 10-3-10
N/m,
• Phía trên được phủ một lớp vàng mỏng để phản xạ ánh
sáng.
• Tác dụng như một lò xo lá cực nhạy, là phần cảm biến vi
lực và đóng vai trò chủ yếu trong AFM.
29
30. Cấu tạo của AFM
Nguồn laser và gương phản xạ
• Nguồn laser chiếu qua thấu kính tập trung tại một điểm trên cần quét,
• Độ lệch của tia laser là độ lệch của cần quét,
• Gương phản xạ có tác dụng lái tia laser đi đúng hướng.
Hai nửa tấm quang điện
• Phát hiện và xác định độ lệch cần quét.
Bộ quét áp điện
• Điều khiển đầu dò quét trên mẫu.
30
31. Phương pháp đo độ lệch của cần quét
Ghi nhận độ lệch nhỏ của cantilever
• Chùm tia phát ra hội tụ tại cantilever và
phản xạ hội tụ tại tâm của detector quang,
• Detector quang bốn phần được sử dụng
để xác định vị trí tia phản xạ.
Xác định độ cong và độ xoắn
• Độ cong xác định nhờ lực hút/đẩy (Fz)
• Độ xoắn xác định nhờ lực ngang (FL)
Xác định từ độ chênh lệch dòng quang điện
Sơ đồ mô tả hệ quang học để phát hiện ra độ cong củacantilever.
Mối liênhệ giữa loại biến dạng uốn củacantilever(dưới) vàsự thay
đổi vị trícủa chùmánhsáng hội tụ tại mỗi phần củadiode quang(trên).
1 2 3 4
1 4 2 3
z
L
I I I I I
I I I I I
31
32. Đầu dò AFM
Đầu dò dao động với những mode khác nhau,
Tần số dao động riêng:
l: độ dài,
E: môđun Young,
J: moment quán tính của cantilever,
: khối lượng riêng của vật liệu,
S: tiết diện ngang,
: hệ số phụ thuộc mode dao động (khoảng tử 1-100).
Lực tương tác F của mũi dò với bề mặt có thể được đánh giá từ định luật Hook:
F = k.Z
Những mode dao động chủ yếucủa cantilever.
2
.i
n
EJ
l S
32
33. Độ phân giải ngang
Độ phân giải ngang được xác định bởi:
• Kích thước bậc thang của hình ảnh,
• Bán kính cực đại của Tip.
33
Ảnh hưởng hình học của tip lên đặc trưng của bè mặt
34. Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm của AFM
Cấu tạo của AFM
Nguyên lý hoạt động của AFM
Ứng dụng của AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
1
2
3
4
5
34
35. Nguyên lý hoạt động của AFM
• Khi mũi nhọn quét gần bề mặt mẫu sẽ xuất hiện lực van der Waals giữa các nguyên tử
làm rung thanh cantilever.
• Dao động của cantilever được ghi lại nhờ một tia laser chiếu qua bề mặt của thanh.
• Dao động của cantilever làm thay đổi góc lệch của tia laser và được detector ghi lại.
Việc ghi lại lực tương tác trong quá trình thanh rung quét trên bề mặt sẽ cho hình ảnh
cấu trúc bề mặt của mẫu vật.
Bộ điều khiển quét theo
chiều x, y, z áp điện
Lối ra và điều
khiển phản hồi
Đầu dòCầu đàn hồi
Photo detector
nhạy vị trí
Photo detector
nhạy vị trí
Mẫu
Lược đồ đặc trưng của kính hiển vi lực
nguyên tử biểu thị một số bộ phận chính của
thiết bị. Khoảng cách giữa đầu kim và bề mặt
mẫu nằm trong khoảng tử 0 ÷ 100 nm
35
36. Cánh tay đòn đầu dò của AFM
Xét cánh tay đòn có dạng khối hộp chữ nhật:
Tác dụng lực Fkim L;
• Độ căng biến dạng của cánh tay đòn:
• Theo định luật Hooke:
• Hằng số đàn hồi:
• Tần số cộng hưởng nhỏ nhất 0 của cánh tay đòn khi dao động tự do:
• Nếu lấy gần đúng meff m/5, thay vào biểu thức 0:
Ví dụ: Giả thiết: L = 100 µm, w = 10 µm, z = 1; Y = 1,6.1011 kg.m-3.
Thay vào các biểu thức: K = 0,40 N/m, Fkim = 40 pN, 0 = 927 kHz
x
z
y
O
L
xx
0
ΔL
σ Y
L
kim
F = K.Δz
3
1 h
K = wY
4 L
0
eff
K
ω =
m
0 2
m
Y h
ω = 1,02 .
ρ L
z
x
L0
Ftip
0
h
R + θ
2
0
h
R - θ
2
36
37. Nguyên lý hoạt động của AFM
AFM có thể hoạt động theo ba cách
khác nhau:
• Dạng tiếp xúc - tip được kéo dọc theo bề
mặt mẫu; độ lệch cantilever được đo và
và chuyển thành dạng bề mặt. dạng
này có thể làm hư hại bề mặt.
• Dạng không tiếp xúc - cantilever dao
động trên bề mặt mẫu và bị ảnh hưởng
bởi lực bề mặt và tip (van der Waals).
• Dạng Tapping - tip AFM tiếp xúc gián
đoạn trên bề mặt mẫu trong suốt những
điểm tiếp xúc gần nhất của chu trình dao
động.
37
38. Chế độ tiếp xúc
• Đầu dò được kéo lê rất gần với bề mặt mẫu.
• Lực tương tác hút/đẩy xuất hiện giữa đầu dò và bề mặt mẫu.
• Lực của đầu dò tác động lên bề mặt mẫu là không đổi.
• Tín hiệu phản xạ từ tia laser phát hiện và điều chỉnh độ lệch của cantilever.
• Các lực ma sát, bám dính xuất hiện gây phá hủy bề mặt mẫu. Không đo được trên vật
liệu mềm. Gây sai lệch dữ liệu hình ảnh.
Sơ đồ mô tả chế độ tiếp xúc của AFM.
Hình ảnh bề mặt của tế bào sống Hela
38
39. Chế độ tiếp xúc
Hướng quét
Lò xo Các lực
ma sát
Các lực
tĩnh điện
Các lực
liên kết
mài mòn
Mặt khum
màng chất lỏng
Vết quét
của đầu dò
Lực
Đầu dò
Lực đẩy ion
Lực Pauli
Lực bám dính
Lực đẩy van der Waals
Các lực từ Lực đàn hồi
biến dạng dẻo
Lực mao dẫn
Sự tiếp xúc của đầu dò trên bề mặt mẫu và sự tương tác giữa đầu dò và bề mặt mẫu.
39
40. Chế độ tiếp xúc
Tương tác giữa các nguyên tử
• Quỹ đạo của điện tử phụ thuộc vào vị trí tương đối của hai nguyên tử.
Có ba loại tương tác:
• Tương tác xa: Lực van der Waals.
• Tương tác trung bình: Hình thành đám mây hóa trị giữa hai nguyên tử.
• Tương tác gần: Năng lượng tăng rất nhanh.
Năng lượng:
Sử dụng mô hình thế năng của
Lennard – Jones để tính năng lượng:
Hút
đẩy
Khoảng cách0
Lực
0
lực tương tác đối với ba trường hợp của các nguyên tử
12 6
A A
E r = B
r r
40
41. Chế độ không tiếp xúc
Đặc điểm
• Lực tương tác hấp dẫn xuất hiện giữa
đầu dò và bề mặt mẫu.
• Đầu dò được giữ ở một khoảng cách
nhỏ với mặt mẫu (5-15nm).
• Bề mặt mẫu không bị phá hủy.
• Lực tương tác xa van der Waals (yếu).
• Hạn chế trong nghiên cứu mẫu sinh
học.
• Được sử dụng để phân tích chất bán
dẫn.
Năng lượng
• Là năng lượng điện trường.
Lực tương tác
• Là lực van der Waals.
Sơ đồ mô tả chế độ không tiếp xúc của AFM
E(r)
r1
r0
r2
a1
a0
a2
2 2
2
0
1 e 1
E a =
2m 4πε aa
12 6
C C
E r =
r r
Dạng năng lượng trong trường hợp hệ một và hai nguyên tử
41
42. Chế độ lướt trên bề mặt
Đặc điểm
• Là tổ hợp của phương thức tiếp xúc và không tiếp xúc.
• Các lực tác dụng luôn có phương thẳng đứng, độ ổn định cao.
Ưu điểm
• Ưu điểm: khắc phục các vấn đề liên quan đến ma sát, bám
dính, lực tĩnh điện
• Có độ phân giải co gần như trong mode tiếp xúc.
• Không phá hủy bề mặt mẫu.
• Đo được trên cả các vật liệu mềm.
Sơ đồ mô tả chế độ gõ của AFM.
Màng mỏng hữu cơ trên đế mica. Độ phân giải của AFM trên mẫu cách điện NaCl.
42
43. Chế độ lướt trên bề mặt
Laser
Gương
Detector
Tách tín hiệu
Bộ giải biến
điệu tần
G
Điều khiển
biên độ
Bộ dịch pha
biến đổi
Tín hiệu kích thích
Áp điện
Tín hiệu sai số
Bộ điều khiển PID
Điểm thiết lập
Điều hiển quét x, y, z
Cần và
đầu dò
Mẫu đo
Sơ đồ nguyên lý của mode đo lướt trên bề mặt của AFM.
43
44. Nguồn gốc và lịch sử phát triển
Đặc điểm của AFM
Cấu tạo của AFM
Nguyên lý hoạt động của AFM
Ứng dụng của AFM
Kính hiển vi lực nguyên tử
1
2
3
4
5
44
45. Ứng dụng
AFM có các ứng dụng như:
• Chụp ảnh cắt lớp nhanh,
• Mô tả, phân tích, xác định đặc điểm bề mặt,
• Kiểm soát chất lượng, kiểm tra khuyết tật vật liệu,
• Đo cơ học đơn phân tử.
AFM có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:
• Công nghệ nano,
• Công nghệ bán dẫn,
• Dược phẩm,
• Sinh học,
• Công nghệ vật liệu,...
AFM Gallery
Ảnh chụp AFM bề mặt một tấm thủy tinh.
45
46. Ứng dụng
Hình ảnh của hình cầu GaAs đường kính trong đo được là 30
nm. Hình ảnh này đã được đo trongchế độ “Close-Contact”.
Lớp vàng dày 400 nanometer bốc hơi trên một lớp bề mặt silicon. Sau khi
ngâm trong dung dịch axit KI va I2, hình ảnh này đã được chụp bởi máy
AFM ở chế độ “tapping mode” với độ phóng đại 20000.
46
47. Ứng dụng
Hình ảnh 2-D của đĩa ghi DVD hiển thị các
liên kết của bit.
Hình 3-D của đĩa ghi DVD
Hình ảnh của một khối vật chất bị khiếm khuyết chụp bằng máy AFM.
47
48. Ứng dụng
Lớp phủ polymer mềm trên cạnh của một lưỡi dao giúp làm sáng
tỏ cơ chế của sự tích tụ polymer trên bề mặt thép.
Hình ảnh thể hiện rõ bề mặt của vật mẫu
Hình ảnh bề mặt của một vật liệu polymer.
48
49. Ứng dụng
Tế bào gốc C2C12 di chuyển trên bề mặt thủy tinh.
Khuẩn E-coli
ADN đang nối lại trên tấm Mica.
Chuỗi DNA được hình dung như một phức hợp màng RecA protein.
49
50. Tài liệu tham khảo
[1] Picraux, S. Tom, Nanotechnology, Encyclopædia Britannica, Inc.
[2] Binnig, C. F. Quate and Ch. Gerber, "Atomic Force Microscope," Phys. Rev. Lett,
vol. 56, pp. 930 - 933, 1986.
[3] G. Binnig, Ch. Gerber, E. Stoll, T. R. Albrecht and C. F. Quate, "Atomic Resolution
with Atomic Force Microscope," Europhys. Lett., vol. 3, pp. 1281-1286, 1987.
[4] Giessibl, Franz J., "Advances in atomic force microscopy," Rev. Mod. Phys., vol.
75, pp. 949 - 983, 2003.
[5] S. Y. J. O. K. M. N. R. W. S. Jingjie Hua, "Investigation of adhesive interactions in
the specific targetingof Triptorelin-conjugated PEG-coated magnetite nanoparticlesto
breast cancer cells," Elsevier Journal, vol. Acta Biomaterialia 71, pp. 363-378, 2018.
[6] Hans-Jürgen Butt, Alf Mews, Bernward Engelen, "Characterization of physical
properties of polymers using AFM force-distance curves," ResearchGate, 2007.
[7] Đào Khắc An, Công nghệ micro và nano điện tử, Nhà xuất bản Giáo dục Việt
Nam, 2009.
[8] Scan courtesy J. Brockman, F. Harmon and S. Kowalczykowski, University of
California, USA.
50