Назначение, составные части, принцип действия и применения туннельного микроскопа

Назначение: Позволяет рассмотреть отдельные атомы на поверхностях тел и измерять их размеры. Также можно получить не только атомное изображение поверхности, но и перемещать по ней атомы в произвольном направлении.

Составные части:

1. вольфрамовое острие-зонд позволяет создавать туннельный ток (между острием и повехностью)

2. три взаимно перпендикулярных стержня – пьезоэлектрический манипулятор обеспечивают перемещения острия по всем направлениям

3. устройство (генератор) обратной связи улавливает изменение силы тока и дает команду изменить расстояние между зондом и поверхностью

4. дисплей показывает изображение атомов на поверхности образца

Принцип действия:

Тонкое вольфрамовое острие подводится к проводящей ток поверхности. Электронные облака атомов конца острия и поверхности вещества начинают перекрываться и появляется слабый ток (одинаковые заряды отталкиваются). Этот ток называется туннельным. Он зависит от расстояния между зондом и поверхностью. Если острие перемещать, то сила тока может сильно изменятся, это очень неудобно для регистратора тока, тем более острие может зацепиться за шероховатость поверхности. Во избежание этого специальный прибор перемещает острие по вертикали, чтобы ток был постоянным. Это происходит с помощью генератора сигналов обратной связи, который улавливает изменение тока и дает команду изменить положение острия. Чтобы изменить положение острия на такое ничтожное расстояние есть пьезоэлектрический манипулятор (работает на основе изменения размеров стержня примерно на 1 атом при действии электрического тока). Три взаимно перпендикулярных стержня обеспечивают перемещение острия по всем направлениям. В стержнях изменяется напряжение, которое вызывает перемещение острия – происходит сканирование. Но острие еще движется и по вертикали, оно обеспечивает фиксированную силу тока. При получении информации о перемещении острия, она обрабатывается и выводится на принтер или на экран дисплея.

Принцип применения:

Можно не только смотреть на атомы, но и перемещать их. Для это на чистую никелевую поверхность напыляют атомы ксенона. Это дело охлаждают до -269° (чтобы ксенон не двигался). Если увеличить напряжение между острием и поверхностью, то можно оторвать атом ксенона и перенести куда надо, а потом уменьшить напряжение, чтобы его отпустить. Это открывает возможности для хранения информации на атомном уровне.

 

В чем сходство броуновского и теплового движения? Каковы причины броуновского движения?

Тепловое: молекулы беспрестанно меняют скорость при столкновении с другими молекулами

Броуновское: броуновская частица не совершает свободных полетов, в отличие от молекулы, а испытывает «дрожание», в результате которого смещается.

Какой опыт доказывает наличие молекулярных сил? Какова их природа? В чем отличие ориентационных сил от поляризационных и дисперсионных?

  Опыт: взять два бруска из одного металла, срезать оксидную пленку и скрепить. На них подвесить груз: бруски не разлипнутся. Так как между молекулами есть силы притяжения, то они могут удерживаться около друг друга. Силы притяжения предотвращают разрыв.

Природа: электромагнитная – взаимодействие между электронами и атомами ядер.

Ориентационные: диполь-диполь – зависит от взаимной ориентации

Поляризационные: диполь – не диполь; смещение электронов и образование временной диполи

Дисперсионные: неполярные молекулы – совпадают моменты при движении электронов и создается «мгновенный» диполь.

 

Нарисуйте график зависимости молекулярных сил от расстояния между между молекулами. Поясните форму.

 

Опишите, что происходит с расстоянием между молекулами и характером их движения при переходе из одного агр. состояния в другое. Как микросвойства влияют на макросвойства газов, жидкостей и твердых тел?

Движение: описать

Свойства: подвижность вещества, форма, кинетическая и потенциальная энергия.