في مجال علوم المواد ، خصائص المواد في التحليل النهائي يعتمد على البنية المجهرية . كل التفاصيل التي تؤثر على الخواص الميكانيكية والكهربائية والبصرية والكيميائية للمواد من العيوب على مستوى النانومتر شعرية العيانية تضاريس السطح . ولذلك ، فإن دقة ودقة توصيف المواد المجهرية ، أصبحت المواد الجديدة البحث والتطوير ، وتحسين عملية تحليل الفشل الأساسية . في هذا المجال ، المجهر متحد البؤر قد تحولت من التكنولوجيا الطبية الحيوية في مجال تحليل المواد منصة قوية ، فريدة من نوعها مع قدرات الكشف عن تدميري ثلاثي الأبعاد ، ونحن الكشف عن المواد السطحية والداخلية طبقات من الضباب .

أولاً - من علم الأحياء إلى المواد : تكامل المبادئ عبر الحدود

المبدأ الأساسي هو متحد البؤر المسح المجهري متحد البؤر و . . . . . . . على عكس مجال واسع الإضاءة التقليدية المجهر الضوئي ، فإنه يستخدم نقطة مصدر الضوء ( عادة ليزر ) التي تتلاقى من خلال ارتفاع العدسة الشيئية و يضيء نقطة صغيرة على العينة . إشارة الضوء ( مثل الضوء المنعكس ، مضان ) متحمس من قبل هذه النقطة يمر من خلال عدسة الهدف مرة أخرى و يتم تصفيتها من قبل الدقة ثقب في الجبهة من الكاشف . المفتاح هو أن الثقب هو " المتقارن " مع البؤري عدسة الهدف ، أي أنها تشارك نفس التركيز .

هذا التصميم يجلب ميزة ثورية : المكانية الترشيح . فقط إشارة الضوء المنبعث من الليزر التركيز يمكن أن تمر من خلال الثقب بكفاءة و القبض عليه من قبل كاشف ( مثل مضخم PMT ) . تشتت الضوء من فوق أو تحت الطائرة البؤرية و defocusing الضوء لا يمكن أن تتلاقى في الثقب و منعت في الغالب . من خلال مسح كامل مجال الرؤية من نقطة إلى نقطة ، ومن ثم إعادة بنائها بواسطة الكمبيوتر ، ونحن الحصول على صورة ثنائية الأبعاد مع خلفية نقية وعالية التباين . وعلاوة على ذلك ، سلسلة من 2D البصرية شرائح مع أعماق مختلفة يمكن الحصول عليها عن طريق التحكم بدقة في محور Z - الحركة .

عندما تحولت من شفافية العينات البيولوجية إلى مبهمة ، انعكاسية عالية ، متعددة هيكل العينات ، الكشف عن نمط تطور تبعا لذلك . في علم المواد ، ليزر متحد البؤر المسح المجهري ( lscm ) يركز أساسا على التفكير واسطة . الليزر ينعكس على سطح المواد ، وكثافة يعتمد على الانعكاس ، الميل ، خشونة السطح ، التركيب الكيميائي . من خلال قياس كثافة الضوء المنعكس من كل نقطة ، معلومات عن توزيع سطح التركيب الكيميائي و مرحلة التوزيع يمكن الحصول عليها . ما هو أكثر من ذلك ، من خلال المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد Z - المحور التعمير ، يمكننا الحصول على بيانات دقيقة من تضاريس السطح .

التطبيقات الأساسية : طرق تحليل المواد التقليدية المختلفة

1 - تحليل ثلاثي الأبعاد تضاريس السطح وخشونة

هذا هو التطبيق المباشر على نطاق واسع من المجهر متحد البؤر في علم المواد . الاتصال التقليدية profilometers خدش عينات لينة ، في حين أن مجهر القوة الذرية ( فؤاد ) مسح مجموعة محدودة . المجهر متحد البؤر يمكن أن يعوض عن الفجوة بين اثنين - فإنه يمكن تحقيق الاتصال ، غير المدمرة قياس ، ولكن أيضا في مجال الرؤية الكبيرة لتحقيق نانومتر طولية القرار .

على سبيل المثال : في مجال الآلات ، فإنه يمكن استخدامها لتقييم خشونة السطح ، تموج من المكونات الرئيسية مثل أدوات القطع ، المحامل ، التروس ، وما إلى ذلك ، وتحليل تأثير طحن ، تلميع ، طحن ، الخ . في مجال الطلاء ، التسطيح ، قشر البرتقال تأثير يمكن قياسها كميا ، والعلاقة بين التسطيح و مقاومة التآكل يمكن أن تكون ذات صلة . يمكن أن توفر عشرات من المعلمات بما في ذلك حساب خشونة خشونة الجذر يعني مربع ، الذروة فالي ، والتي هي أكثر بكثير من 2D كفاف التحليل .

فيلم متعدد الطبقات هيكل التحليل

المواد الفنية الحديثة غالبا ما تعتمد على هيكل متعدد الطبقات رقيقة ، مثل رقائق أشباه الموصلات ، والأفلام البصرية ، الخلايا الضوئية ، لوحة العرض ، وهلم جرا . " شرائح البصرية " القدرة على إجراء تحليل مقطعي شفافة أو هياكل متعددة الطبقات دون الحاجة إلى قطع المادية .

على سبيل المثال : في البحث والتطوير من لقد اخترت عرض الشاشة ، سمك التوحيد ، عيب أو تلوث كل وظيفة العضوية طبقة يمكن الكشف عنها . في الدوائر المتكاملة ، ثلاثي الأبعاد التشكل من طبقة عازلة و مقاومة للضوء طبقة يمكن ملاحظتها . من خلال بعض الأصباغ الفلورية ، وتوزيع واجهة مختلفة من المواد المركبة يمكن ملاحظتها .

3 . كسر السطح وعدم التحليل

كسر السطح بعد الكسر يحتوي على معلومات وفيرة عن آلية الكسر ( على سبيل المثال ، الدكتايل الكسر ، الكسر التقصفي والتعب الكسر ) . بناء ثلاثي الأبعاد قدرة المجهر متحد البؤر يمكن استخدامها لقياس المسافة بين التعب الحبوب ، الدمل حجم وعمق الكسر بدقة ، وبالتالي فإن معدل نمو الكراك والإجهاد الشرط يمكن استخلاصه .

تطبيق المثال : تحليل aeroengine شفرة مكسورة في الخدمة . من خلال التصوير ثلاثي الأبعاد ، يمكن أن يكون من الواضح أن تقسيم منطقة المصدر ، وتوسيع منطقة لحظية كسر المنطقة ، وقياس عمق وزاوية الكراك المصدر بدقة ، وتوفير الأدلة البصرية لتحديد سبب الحادث وتحسين هيكل . ميزة كبيرة من العمق يجعل من الممكن الحصول على صورة واضحة تماما حتى لو كان الخام جدا كسر .

4 . ارتداء والتآكل عملية البحث

المجهر متحد البؤر هو أداة قوية لدراسة العمليات الحيوية . من خلال مسح سلسلة زمنية من نفس المنطقة ، تطور سطح المواد يمكن كميا تتبع .

أمثلة التطبيق :

ارتداء اختبار : في دراسة احتكاك المفاصل ، سطح الاحتكاك زوج يمكن مسحها بانتظام ، عرض ، عمق وحجم الخسارة من ارتداء مارك يمكن قياسها بدقة ، وارتداء عملية يمكن رصدها في الوقت الحقيقي .

دراسة التآكل : مراقبة عملية بدء النمو والاندماج في تأليب تآكل المواد المعدنية في البيئة . من خلال قياس ثلاثي الأبعاد ، معدل التآكل وعمق توزيع الحفر يمكن حسابها ، والمقاومة للتآكل من المواد يمكن تقييمها .

مرحلة تغيير الدراسة : بعض المواد التي يمكن أن تغير في درجة الحرارة ، يمكن استخدام المجهر متحد البؤر لمراقبة سطح عائم محدب تأثير المؤلف والتغيير ، دراسة عملية التحول الدينامي .

5 - قياس الأبعاد والهندسة العكسية

في مجال تصنيع الدقة ، المجهر متحد البؤر يلعب دورا هاما في دقة عالية 3D تنسيق آلة قياس . فإنه يمكن بسرعة الحصول على كامل 3D سحابة نقطة بيانات معقدة من أجزاء صغيرة ، مثل الأجهزة ممس ، مايكرو حقن القالب ، والأجهزة الطبية .

على سبيل المثال : تستخدم لقياس المسافة بين الأسنان ، الأسنان عالية ، مسام قطرها وعمق مجموعة microporous ، وضمان أنها تتفق مع تصميم التسامح . في الهندسة العكسية ، نموذج ثلاثي الأبعاد دقيقة يمكن الحصول عليها عن طريق المسح الضوئي غير تدميري من القائمة عينة لاستخدامها في النسخ المتماثل ، والتحسين ، أو الأرشيف الرقمي .

ثالثاً - المزايا النسبية للتكنولوجيات الأخرى

مجهر مسح بالإلكترون ( SEM ) : SEM يوفر أعلى القرار و عمق الميدان ، ولكن عادة ما يتطلب فراغ موصل الطلاء ، مما يجعل من الصعب تحليل النفط ، والمياه ، أو لينة المواد الحيوية / البوليمرات . المجهر متحد البؤر يتطلب القليل جدا من إعداد العينة ، لا تحتاج إلى فراغ ، ويمكن التعامل مع أكبر وأكثر سمكا من العينات ، ويمكن أن توفر بيانات دقيقة عن تضاريس ثلاثية الأبعاد ، ووزارة شؤون المرأة 3D التعمير هو أكثر تعقيدا وغير مباشرة .

مجهر القوة الذرية ( فؤاد ) : فؤاد لديه القرار على المستوى الذري ، ولكن لديها مجموعة صغيرة جدا من المسح الضوئي ( عادة عشرات ميكرون ) ، وبطء سرعة المسح الضوئي ، تحقيقات في خطر ارتداء وتلف عينات لينة . المجهر متحد البؤر ( FCM ) لديها مزايا واضحة في قياس السرعة ، حقل كبير و ضياع .