ما هو مجهر القوة الذرية ؟
مجهر القوة الذرية ( فؤاد ) هو نوع من المسح مجهر التحقيق مع نانومتر أو حتى الذرية القرار . المبدأ الأساسي هو بسيط جدا : من خلال التحقيق رقيقة جدا على سطح العينة برفق " لمس " أو المسح الضوئي ، سطح العينة إلى تصور ثلاثي الأبعاد التشكل والخصائص الفيزيائية .
الأكثر إثارة للدهشة ، فؤاد لا تحتاج إلى العمل في فراغ مثل المجهر الإلكتروني ، ويمكن أن تعمل في الغلاف الجوي ، السائل ، أو حتى فراغ . هذا يجعل من الممكن مراقبة عينات من الجزيئات البيولوجية ( مثل البروتينات والحمض النووي ، والخلايا الحية ) التي لا يمكن ملاحظتها مباشرة تحت المجهر الإلكتروني ، الذي هو ميزة كبيرة .
ثانياً - مبدأ العمل
فؤاد يعمل بنفس الطريقة القديمة سجل لاعب يقرأ سجل الأخدود ، ولكن مع عدد لا يحصى من أوامر عالية الدقة . وتشمل عناصرها الأساسية ما يلي :
1 ، مايكرو ناتئ : مرنة للغاية مايكرو ناتئ .
2 ، التحقيق : يقع في نهاية شعاع ناتئ حاد للغاية إبرة تلميح ، نصف قطرها انحناء يمكن أن تصل إلى مستوى النانومتر .
3 ، انبعاث الليزر ، ونظام الكشف عن موقف : شعاع الليزر ضرب في الجزء الخلفي من شعاع ناتئ ، تنعكس على أربعة أرباع photodetector . . . . . . .
4 ، كهرضغطية الماسح الضوئي : يمكن تحقيق دقة تحديد المواقع نانو مواد السيراميك ، يمكنك التحكم في التحقيق أو عينة في س ، ص ، ض ثلاثة اتجاهات دقة الحركة .
عملية العمل ( مع وضع الاتصال على سبيل المثال ) :
1 ، الاتصال : التحقيق سوف تكون حادة تقترب تدريجيا من سطح العينة ، حتى مع سطح العينة ذرة تنتج ضعف التفاعل ( أساسا فان دير فالس ) .
2 ، المسح الضوئي : كهرضغطية الماسح الضوئي لدفع التحقيق في عينة من سطح المسح التدريجي ( شبكة المسح الضوئي ) .
3 ، تشوه الاستشعار : عند التحقيق لمسح سطح متموجة ، القوة بين طرف العينة سوف تتغير ، مما أدى إلى microcantilever الانحناء ( تشوه ) .
4 ، الكشف عن تشوه : شعاع ناتئ الانحناء سوف تغير اتجاه شعاع الليزر المنعكس ، وبالتالي في photodetector بقعة ضوء موقف التغيير . هذا التغيير في الموقف تم تسجيلها بدقة .
5 ، دورة التغذية المرتدة : نظام التغذية المرتدة من خلال حلقة التغذية المرتدة ، في الوقت الحقيقي ضبط ارتفاع الماسح الضوئي كهرضغطية في ض الاتجاه ، من أجل الحفاظ على شعاع ناتئ تشوه ( أي بين التحقيق و عينة من القوة ) ثابت .
6 ، التصوير : الكمبيوتر تسجيل الماسح الضوئي في كل نقطة ( س ، ص تنسيق ) من أجل الحفاظ على قوة ثابتة في الاتجاه المطلوب ض ارتفاع قيمة التغيير . الجمع بين هذه البيانات ، ونحن الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد من سطح العينة .
ثالثاً - طرائق العمل الرئيسية
فؤاد لديها مجموعة متنوعة من أساليب العمل لتتناسب مع مختلف العينات وقياس الاحتياجات ، وتنقسم أساسا إلى ثلاث فئات :
1 - طريقة الاتصال
المبدأ : التحقيق هو الاتصال المباشر مع سطح العينة ( تنافر واسطة ) ، والمسافة بين شعاع ناتئ و سطح العينة أقل من عدة نانومتر من الصفر .
المزايا : دقة عالية ، سريع سرعة المسح الضوئي .
العيوب : قوة عرضية يمكن أن يسبب الضرر أو الحركة على عينة لينة ، مثل عينة بيولوجية .
2 - طريقة التنصت
المبدأ : microcantilever يتذبذب بالقرب من تردد الرنين ، يدقق في " التنصت " على سطح العينة فقط في الجزء السفلي من كل فترة التذبذب . تضاريس السطح يتم تغذيتها عن طريق الكشف عن التغيرات في السعة التذبذب .
فائدة نموذج يحتوي على مزايا هذا مستعرض القوة تقلص إلى حد كبير ، نماذج المنفعة هي مناسبة جدا لمراقبة العينات التي هي لينة ، هشة ، أو التصاق قوية ( مثل المواد البيولوجية ، مواد البوليمر ) ، نماذج المنفعة هي واحدة من النماذج المستخدمة على نطاق واسع .
سلبيات : مسح أبطأ قليلا من وضع الاتصال .
3 - وضع عدم الاتصال
المبدأ : المسبار يهتز فوق سطح العينة ( المسافة من بضعة إلى عشرات نانومتر ) ، من خلال الكشف عن عينة تلميح بين قوة على المدى الطويل ( مثل قوة فان دير فال ، كهرباء ) التغييرات في التصوير .
المزايا : تقريبا أي ضرر على العينة .
سلبيات : انخفاض القرار ، وعادة ما تحتاج إلى أن تعمل في بيئة فراغ لإزالة الهواء التخميد التدخل .
رابعاً - مجالات التطبيق الرئيسية
قوة فؤاد يجعل تطبيقه في العديد من المجالات :
1 . علم المواد :
مورفولوجيا وهيكل المواد النانوية ( مثل الجرافيت ، أنابيب الكربون النانوية ) لوحظ .
خشونة السطح ، حدود الحبوب والعيوب من المعادن وأشباه الموصلات والسيراميك تم دراستها .
فصل المرحلة ، الكريستال هيكل البوليمر المواد وتحليلها .
2 - علوم الحياة والبيولوجيا :
التصوير : مراقبة مباشرة من الحمض النووي ، والجيش الملكي النيبالي والبروتين وغيرها من الجزيئات البيولوجية ، حتى في البيئة السائلة لمراقبة التغيرات الدينامية في العمليات البيولوجية .
قياس الخواص الميكانيكية : من خلال قياس منحنى القوة ، ونحن دراسة مرونة ( صلابة ) من الخلايا الحية ، التصاق البكتيريا ، التفاعل بين البروتينات ، وهلم جرا .
3 . تكنولوجيا النانو :
nanomanipulation : تحريك ذرة واحدة أو جزيء ، وبناء البنية النانوية .
nanoprocessing : استخدام فؤاد غيض من المواد السطحية النقش ، والأكسدة ، لتحقيق " الكتابة المباشرة " تجهيز .
4 . صناعة أشباه الموصلات :
قياس الدوائر المتكاملة linewidth وعمق ، فشل التحليل .
نوعية السطح من جهاز أشباه الموصلات هو الكشف عنها .
الخصائص الهيكلية مجهر القوة الذرية :