Студопедия
Обратная связь

Сколько стоит твоя работа?
Тип работы:*
Тема:*
Телефон:
Электронная почта:*
Телефон и почта ТОЛЬКО для обратной связи и нигде не сохраняется.

Авиадвигателестроения Административное право Административное право Беларусии Алгебра Архитектура Безопасность жизнедеятельности Введение в профессию «психолог» Введение в экономику культуры Высшая математика Геология Геоморфология Гидрология и гидрометрии Гидросистемы и гидромашины История Украины Культурология Культурология Логика Маркетинг Машиностроение Медицинская психология Менеджмент Металлы и сварка Методы и средства измерений электрических величин Мировая экономика Начертательная геометрия Основы экономической теории Охрана труда Пожарная тактика Процессы и структуры мышления Профессиональная психология Психология Психология менеджмента Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении Социальная психология Социально-философская проблематика Социология Статистика Теоретические основы информатики Теория автоматического регулирования Теория вероятности Транспортное право Туроператор Уголовное право Уголовный процесс Управление современным производством Физика Физические явления Философия Холодильные установки Экология Экономика История экономики Основы экономики Экономика предприятия Экономическая история Экономическая теория Экономический анализ Развитие экономики ЕС Чрезвычайные ситуации ВКонтакте Одноклассники Мой Мир Фейсбук LiveJournal Instagram 500-летие Реформации

Режимы работы сканирующих зондовых микроскопов

<== предыдущая статья | следующая статья ==>

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) является сравнительно новым методом исследования объектов с высоким пространственным разрешением. Первым зондовым микроскопом стало изобретение швейцарских ученых Герхарда Биннига и Хайнриха Рорера, предложивших 1981 г. использовать эффект туннелирования электронов для визуализации атомарной структуры проводящей поверхности графита, в результате чего их изобретение было названо сканирующим туннельным микроскопом (СТМ). С появлением атомно-силового микроскопа (АСМ) в 1986 г. область применения СЗМ значительно расширилась и АСМ занял прочные лидирующие позиции в исследовании с атомным разрешением свойств непроводящих поверхностей. Метод стал настолько привлекательным, что через пять лет с момента открытия микроскопа уже существовали 22 его основные вариации, которые были разработаны для решения широкого спектра задач материаловедения. До сих пор атомно-силовая микроскопия по темпам развития и информативности получаемых данных существенно опережает альтернативные методы электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа вещества.

Основным функциональным элементом любого сканирующего зондового микроскопа является зонд. В атомно-силовом микроскопе зонд представляет собой гибкую консольную балку, на свободном конце которой находится микроострие. Такая система называется кантилевером, который определяет основные свойства АСМ. В самом простом случае АСМ напоминает обычный граммофон, который осуществляет скольжение иглы по грампластинке и воссоздает ее рельеф в виде модулированного звукового сигнала. В атомно-силовом микроскопе кантилевер построчно сканирует поверхность образца ультратонкой иглой (рис 7.1).

 

 

Рис. 7.1. Схема атомно-силового микроскопа.

 

В результате межатомного взаимодействия острия иглы с поверхностью гибкая балка кантилевера деформируется, что в самом простом случае служит полезным сигналом. Для того чтобы минимизировать изменения силы изгиба кантилевера в процессе сканирования, используют систему обратной связи, благодаря которой образец отводится от острия, если сила превышает определенное значение и, наоборот, в случае уменьшения силы обратная связь с использованием пьезоманипулятора (рис. 7.1) позволяет стабилизировать ее значение. Такой режим сканирования называется режимом постоянной силы. Сигналы отклонения кантилевера и системы обратной связи записываются в цифровом виде в двумерный массив точек, который впоследствии обрабатывается в специализированных графических редакторах.

На фоне многочисленных модификаций АСМ, позволяющих измерять адгезионные, упругие, контактные электрические (кельвин-микроскопия), проводящие, электромагнитные и другие свойства поверхности выделяют основные три режима сканирования образцов: контактный, прерывистого контакта и бесконтактный (рис. 7.2.).

 

Рис. 7.2. Основные режимы сканирования атомно-силового микроскопа

 

Метод прерывистого контакта заключается в том, что в кантилевере возбуждаются колебания, в частности на его собственной частоте. После того, как кантилевер начинает взаимодействовать с поверхностью, у него уменьшаться амплитуда колебаний и происходит смещение резонансной частоты. В зависимости от того, что именно выбирается в качестве полезной информации – изменение амплитуды или частоты физического сигнала возможны два режима работы микроскопа в прерывистом контакте. Описанный режим называется прерывистым контактом (tapping mode) и применяется при сканировании объектов с пониженной жесткостью, так как в данной моде исключен фактор адгезионных и капиллярных сил, приводящих к искажениям при сканировании биополимеров и бактериальных клеток. Бесконтактный режим сканирования применяется в атомно-силовой микроскопии при исследовании электростатического или магнитного профиля поверхности. В данном случае процесс сканирования состоит из следующей последовательности: кантилевер в контактном режиме сканирования проходит одну строку, при этом микроскоп запоминает рельеф поверхности, затем кантилевер начинает двигаться в обратном направлении, находясь на той же строке при сохранении постоянного зазора между кантилевером и поверхностью. Во время обратного прохода локальные электромагнитные поля образца оказывают силовое воздействие на намагниченный кантилевер. Таким образом, в момент получения искомого профиля поверхности отсутствует межатомное взаимодействие зонда с образцом.

Одним из приложений АСМ является метод силовой спектроскопии, который позволяет определять силы химических связей в единичных молекулах биополимеров. Основное отличие указанного метода от контактного метода состоит в том, что между иглой зонда и поверхностью образца помещается исследуемый биополимерный комплекс, связанный с поверхностью и острием кантилевера через линкеры химическими связями. При относительном движении поверхности и кантилевера объект начинает деформироваться и силы деформациив каждый момент времени определяются по величине изгиба балки кантилевера (рис. 7.3.).

 

Рис. 7.3. Схема работы АСМ в режиме силовой спектроскопии

 

С помощью метода силовой спектроскопии возможно исследование энергии внутренних молекулярных или межмолекулярных связей, например, между антителом и антигеном, двумя белками или молекулами ДНК.

 

<== предыдущая статья | следующая статья ==>





 

Читайте также:

Квантовый эффект Холла

Эффекты резонансного взаимодействия электромагнитного поля с веществом

Физическая природа туннельного эффекта

Нечёткая логика и теория нечётких множеств

Физические основы методов рентгеноструктурного анализа

Архитектура кантилеверных датчиков и систем контроля за положением кантилеверов

Физические основы магнитнорезонансной томографии

Метод электронографии

Нелинейные колебательные процессы в мультистабильных системах

Ядерный магнитный резонанс

Графен

Методы измерения, использующие датчики на основе кантилеверов

Физические основы колебательной спектроскопии

Растровый (сканирующий) электронный микроскоп

Вернуться в оглавление: Современные фундаментальные и прикладные исследования в приборостроении

Просмотров: 1830

 
 

54.166.199.178 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.