intTypePromotion=1
ADSENSE

Bài giảng Giới thiệu kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

73
lượt xem
8
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Giới thiệu kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) bao gồm những nội dung về kính hiển vi lực tĩnh điện, AFM Basics-Cantilever and photo detector, Tip Scanning AFM, Influence of tip geometry in imaging surface features,... Mời các bạn tham khảo.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Giới thiệu kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)

  1. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Giới thiệu kính hiển vi lực nguyên tử(AFM) 1.1
  2. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Tương tác điện từ mạnh hơn gấp 40 lần tương tác hấp dẫn Tương tác hấp dẫn van der Waals được gây ra bởi biến thiên trong chuyển động dipole điện của nguyên tử và phân cực lẫn nhau. Chúng tồn tại giữa các loại phân tử và nguyên tử và hiệu quả ở khoảng cách vài Å đến vài trăm Å. Lực giữa các nguyên tử ≈ r-7, giữa hai mặt ≈ r-3, giữa một hình cầu và một mặt phẳng ≈ r-2 Lực đẩy ở khoảng cách rất ngắn (≈ Å). F ≈ r-n, ở đó n > 8. Lực mao dẫn: một lớp nước ngưng tụ trên bề mặt mẫu ở độ ẩm bình thường, tip sẽ bị hút về phía mẫu bởi mặt lồi của giọt nước và bị dính trên mẫu. Đó là vấn đề quan trọng của ảnh AFM Lực từ Lực tĩnh điện Lực hoá học: liên kết ion, cộng hoá trị, kim loại (bị hút ở khoảng cách ngắn cỡ vài Å) Số nguyên tử của tip bị ảnh hưởng bởi phép đo, phụ thuộc bản chất của tương tác Mội trường phải được chú ý(khí, lỏng, rắn). Hằng số điện môi và lực vander walls bị ảnh hưởng bởi môi trường Quét là quá trình động học chẳng hạn như lực ma sát Mẫu không phải tinh thể rắn, biến dạng tĩnh điện hay phục hồi nguyên tử? Liên kết giữa tip và mẫu có thể dẫn đến sự sắp xếp lại tip và nguyên tử mẫu 1.2
  3. Introduction to Nanotechnology 1.3 Atomic Force Microscopy
  4. Introduction to Nanotechnology 1.4 Atomic Force Microscopy
  5. Introduction to Nanotechnology 1.5 Atomic Force Microscopy
  6. Introduction to Nanotechnology 1.6 Atomic Force Microscopy
  7. Energy between charge pairs Atomic Force Microscopy Introduction to Nanotechnology • Tương tác ion-ion E=(Z1e)(Z2e)/4πεo x • ion- dipole vĩnh cửu: E=(Ze)µcosθ/4πεo x2 • Dipole vĩnh cửu-dipole vĩnh cửu: E=(constant)µ1µ2/4πεo x3 • Tương tácVan der waals: • Tương tác dipole vĩnh cửu-dipole cảm ứng E=(α1µ21+α2µ22)/4πεo x6
  8. Tương tác Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy • Tương tác mạnh, khoảng cách ngắn: ở khoảng cách rất gần, lực đẩy mạnh phất triển với ―x12‖ năng lượng E=ζ x-12 • Thế tương tác toàn phần, E=ζ x-12 – βx-6 • Hấp dẫn giữa các hạt dạng hình cầu được giả sử là tổng của những nguyên tử, phân tử riêng. • dE = -0.5 ρ2β/x6 dV1 dV2 (ρ: số nguyên tử trong một đơn vị thể tích) • Hai quả cầu xác định, (R>> x) E=-AR/12x • Bán kính khác nhau, R1 and R2  E=-AR1R2 /6x(R1 + R2) • Hai bề mặt, E=-A/(12 πx2) • Trong tất cả các trường hợp, A= ρ2 π2 β được gọi là ―hằng số Hamker‖
  9. Kính hiển vi lực tĩnh điện Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy • Hai cơ chế dịch chuyển, cái đầu tiên là cho thấy địa hình • Cái thứ hai cho thấy, lực biến thiên giữ không đối tương ứng với độ cao nhận được trước đó, • Dò lực tĩng điện theo vị trí
  10. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Cantilever AFM Tip Không có dòng giữa tip AFM và mẫu, vì thế mẫu Sample không cần dẫn. Nguyên tử của tip hấp dẫn nguyên tử mẫu bởi lực tương tác van der Waals.
  11. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Khi tip AFM được hút bởi bề mặt (gây cho cantilever bẻ cong), chùm laser lệch khỏi đầu cantilever—cho phép chuyển động của tip được đánh dấu. Laser
  12. Khi tip AFM được hút bởi bề mặt (gây cho cantilever bẻ cong), Atomic Force Microscopy chùm laser lệch khỏi đầu cantilever—cho phép chuyển động của tip được đánh dấu. Introduction to Nanotechnology Laser ~1 m (1000 nm) Cantilever dễ thấy đối với mắt nhưng tip AFM quá nhỏ để thấy mà không khuếch đại.
  13. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy AFM tip Surface of sample Tương tác hấp dẫn vander waals hoạt động ở mức độ nguyên tử hay phân tử, giữa tip AFM và những nguyên tử định xứ ở bề mặt mẫu.
  14. Atomic Force Microscopy Khi tip AFM quét bề mặt chuyển Introduction to Nanotechnology động lên xuống vẽ số đường quét của mẫu. Lực trên tip AFM tip là đều (giống lò xo): tip được dịch chuyển hướng đến bề mặt khoảng cách (Z) tỉ lệ với lực van der Waals. FRestore = - kZ FRestore = lực phục hồi của cantilever trên tip Z k ~ 1 N/m AFM có thể đo lực cỡ pN (10-12 FSample = lực của mẫu kéo típ Newton) và ngay cả fN (van der Waals) (10-15 N)!
  15. Atomic Force Microscopy To a Introduction to Nanotechnology Photodetector Vị trí ở đó chùm laser phản xạ đập vào màn hình đầu thu ichỉ ra rằng cantilever bẻ cong bao và do đó tương tác giữa tip AFM và bề mặt mạnh bao nhiêu.
  16. Atomic Force Microscopy AFM có thể hoạt động theo ba cách khác nhau: 1. Dạng tiếp xúc— tip được kéo dọc theo bề mặt mẫu; độ lệch Introduction to Nanotechnology cantilever được đo và và chuyển thành dạng bề mặt. Chú ý: dạng này có thể làm hư hại bề mặt. 2. Dạng không tiếp xúc—cantilever dao động trên bề mặt mẫu và bị ảnh hưởng bởi lực bề mặt và tip (van der Waals). 3. 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. Contact Intermittent/Tapping
  17. Dạng tiếp xúc nhận thông tin về bề mặt từ tiếp xúc trực Atomic Forcetiếp, nhưng Microscopy dạng tiếp xúc gián đoạn hay rời rạc hoạt động như thế nào? Introduction to Nanotechnology Giống trọng lực tác dụng lên chúng ta, bề mặt không cần tiếp xúc với tip AFM để tác dụng lực trên nó. Lực van der Waals gây ra tần số dao động của cantilever/tip thay đổi. Trong dạng tapping, cantilever được truyền IBM photo of an AFM động để dao động bằng cách bằng bộ kiểm cantilever & tip soát áp, điện—và vắng mặt bất kỳ lực bề mặt nào mà cantilever có thể dao động ở F ω = lực truyềng động tần số (ωo) phụ thuộc vào hình dạng và độ k = độ cứng cantilever 2 cứng củaFcantilever. o Tần số dao động z k 2 thật (ω) được nối 2 2 2 o với độ lệch của tip o Q (z) do lực bề mặt gây ra.
  18. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Basic Principles of Scanning Probe Microscopy • STM AFM 1.18
  19. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy Atomic Force Microscopy Scanning Probe Microscopy Local Probes 1.19
  20. Introduction to Nanotechnology Atomic Force Microscopy 1.20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2