میکروسکوپ پروبی روبشی (SPM)

تعداد بازدید: 1685
چهارشنبه 03 دي 1393

میکروسکوپ پروبی روبشی (SPM)

میکروسکوپ پروبی روبشی (SPM) یا Scanning Probe Microscope عبارتی است کلی برای مجموعه ای از تکنیک ها که سطح ماده را با قدرت تفکیکی در مقیاس نانو متری و یا حتی کم تر از آنگستروم روبش کرده و تصاویر توپوگرافی یا نقشه هایی از یک خاصیت فیزیکی یا شیمیایی سطح ماده را تهیه می کند. در این تکنیک همانند سایر روش های میکروسکپی روبشی مانند میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، سطح نمونه توسط یک سوزن یا پروب روبش شده و با اندازه گیری و پردازش سیگنال بدست آمده از نقاط مختلف سطح روبش شده روی نمونه، تصویر آن سطح تهیه می شود. قدرت تفکیک و بزرگ نمایی میکروسکوپ پروبی روبشی بهتر از میکروسکوپ های الکترونی متداول است و توانایی تهیه تصاویر سه بعدی از اتم ها را نیز فراهم می آورد. علاوه بر تهیه تصویر، این تکنیک امکان جابجایی اتم ها را نیز ایجاد می نماید.

برخلاف اغلب میکروسکوپ های الکترونی متداول که به خلا و آماده سازی نمونه احتیاج دارد، میکروسکوپ های پروبی روبشی علاوه بر خلا، در هوا و یا زیر سطح مایع و با حداقل آماده سازی نمونه (و در مواردی بدون نیاز به آماده سازی)، کار می کنند. این واقعیت به همراه امکان اندازه گیری و استفاده از سیگنال های متفاوت برای تصویر سازی، امکان بررسی طیف وسیعی از مواد سخت، نرم، هادی، نیمه هادی، عایق، مغناطیسی و غیره را فراهم می آورد. در نتیجه این تکنیک، در کنار سایر دستگاه های پژوهشی، کاربرد گسترده ای در حوزه های مختلف متالورژی، سرامیک، فیزیک، شیمی، الکترونیک، پلیمر، داروسازی و بیولوژی یافته است.

  میکروسکوپ پروبی روبشی ، SPM
نقشه توپوگرافی سطح  

STM، EC-STM، AFM، C-AFM، MFM، LFM و ده ها تکنیک تصویر سازی دیگر در گروه SPM قرار می گیرند. هر SPM از یک سوزن تیز برای روبش سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده می کند تا نقشه ای سه بعدی از سطح ایجاد کند. در اغلب تکنیک ها سوزن به صورت دائم یا متناوب با سطح نمونه تماس پیدا می کند. غالبا این سوزن که به شکل هرم یا مخروط است در انتهای بازویی که کانتی لیور نامیده می شود، قرار دارد.

ساده ترین نقشه ای که SPM به وجود میآورد، نقشه توپوگرافی (سه بعدی) سطح است. نقشه های دیگری هم قابل دستیابی است که مناطقی از سطح که به صورت فیزیکی یا شیمیایی از بقیه نقاط متمایز هستند را نشان می دهند و اطلاعاتی در مورد خواص الکتریکی، مکانیکی، مغناطیسی، اپتیکی و سایر خواص ماده به دست می دهند.

برخی روش هایی که در گروه SPM قرار می گیرند عبارتند از:

سوزن و کانتی لیور  

Scanning Tunneling Microscopy (STM)

Atomic Force Microscopy (AFM)

Lateral Force Microscopy (LFM)

Magnetic Force Microscopy (MFM)

Electrostatic Force Microscopy (EFM)

Frictional Force Microscopy (FFM)

Nearfield Scanning Optical Microscopy (NSOM)

Scanning Thermal Microscopy (SThM)

روبش سطح

یکی از نکات کلیدی در میکروسکوپ های پروبی روبشی، روبش سطح نمونه با قدرت تفکیک بسیار بالا است. مواد پیزو الکتریک، این امکان را فراهم می آورند. این مواد، با اعمال ولتاژ و متناسب با جهت و میزان آن، تغییر طول می دهند. به این ترتیب و با اتصال کانتی لیور به همراه سوزن به روبشگر پیزو، امکان روبش سطح نمونه با قدرت تفکیکی در حد 0.1 آنگستروم فراهم می آید. در میکروسکوپ های SPM اولیه، سه میله عمود بر هم، این روبشگر را تشکیل می داد که اعمال ولتاژ به هر یک از این سه میله باعث تغییر طول آن و در نتیجه انحراف سوزن در راستاهای X،Y و یا Z می شد. در میکروسکوپ های جدید، روبش توسط یک استوانه توخالی از ماده پیزو انجام می شود.

سطح داخلی استوانه با لایه نازکی از یک فلز رسانای الکتریسیته (مانند نیکل) پوشانده شده و چهار نوار فلزی نیز در سطح خارجی این استوانه پیزو نشانده شده است. اعمال ولتاژ با جهت و مقدار یکسان به هر چهار الکترود خارجی (نسبت به الکترود داخلی) باعث انبساط و در نتیجه پایین آمدن استوانه و سوزن چسبیده به آن و یا انقباض و بالا رفتن آن می شود. اعمال ولتاژ با علامت های مخالف به الکترودهای مقابل (مثلا X و –X) باعث خم شدن استوانه می شود که در واقع شامل حرکت در صفحه  X، Y و هم چنین حرکت در جهت Z است. با کنترل نرم افزاری اعمال ولتاژ، می توان سوزن را به دلخواه در هر سه جهت حرکت داد. سیستم الکترونیک دستگاه امکان کنترل این حرکت را با دقت  0.1 آنگستروم فراهم می کند.

سمت روبشگر دستگاه تشکیل شده است از:

روبشگر پیزو، مجموعه کانتی لیور و سوزن، سیستم آشکارساز لیزری حساس به موقعیت کانتی لیور و در مواردی یک پیش تقویت کننده، مجموعا قسمت روبشگر دستگاه را تشکیل می دهند.

روبشگر توسط یک سه پایه از جنس آلیاژ فلزی مخصوص با حداقل انبساط و انقباض حرارتی بر روی یک پایه یا میز x,y نصب می شود. نمونه روی میز قرار داده شده و سطح آن توسط سوزن روبش می شود. این پایه به لاستیک های جاذب انرژی مجهز است. وقتی که پایه بر روی یک میز محکم، در یک محل تقریبا عاری از ارتعاش قرار گیرد، می توان اندازه گیری های تکرار پذیر در جهت های x, y, z و با جزئیات بسیار دقیق به دست آورد.

  کانتی لیور پیزو الکتریک  اعمال ولتاژ عامل پیزو را بلندتر یا کوتاه تر می کند.
کانتی لیور پیزو الکتریک ترکیب سه عنصر پیزو امکان حرکت نوک SPM را در سه جهت XYZ می دهد.
کانتی لیور پیزو الکتریک بیشتر میکروسکوپ های SPM جدید از یک لوله هندسی استفاده می کنند.

پایه روبشگر به یک دوربین CCD مجهز می شود که می تواند مستقیما به عنوان یک میکروسکوپ با بزرگنمایی حدود 300 برابر استفاده شود. تصویر اپتیکی دوربین CCD بر روی صفحه مانیتور کامپیوتر نشان داده شده و برای انتخاب محل مورد نظر روبش روی سطح نمونه به کار می رود.

سوزن، کانتی لیور و سطح نمونه

مدار کنترل

سیگنال های بدست آمده ناشی از حرکت سوزن، با یا بدون تقویت اولیه به قسمت کنترل کننده که حاوی مدار های الکترونیک با نویز کم هستند وارد شده و پس از تقویت و پردازش اولیه جهت تشکیل تصویر به کامپیوتر فرستاده می شود. کنترل کننده با فرستادن سیگنال های الکتریکی روبشگر را کنترل می نماید. نرم افزار نصب شده روی کامپیوتر سیگنال های خروجی از قسمت کنترل کننده را پردازش نموده و به تصویر تبدیل می کند. در عین حال نرم افزار امکان پردازش و اندازه گیری های سه بعدی را بر روی تصویر به دست آمده فراهم می آورد.

منابع و پیوندها

گردآوری شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

علیرضا ذوالفقاری، محمد الماسی و پیروز مرعشی، میکروسکوپ پروبی روبشی آزمایشگاهی روی نوک سوزن، پیک نور، 1385.

صفحه مهندسی مواد و متالورژی

مجله علمی ویکی پی جی

 

برداشت از مطالب سایت با ذکر منبع بلامانع است

 

میکروسکوپ پروبی روبشی (SPM) از دید wikipedia.org

Scanning probe microscopy (SPM) is a branch of microscopy that forms images of surfaces using a physical probe that scans the specimen. An image of the surface is obtained by mechanically moving the probe in a raster scan of the specimen, line by line, and recording the probe-surface interaction as a function of position. SPM was founded with the invention of the scanning tunneling microscope in 1981. Many scanning probe microscopes can image several interactions simultaneously. The manner of using these interactions to obtain an image is generally called a mode...more

میکروسکوپ پروبی روبشی (SPM) از دید nanoscience.com

Scanning Probe Microscopy has enabled researchers to image surfaces at the nanometer scale. Rather than using a beam of light or electrons, SPM uses a fine probe that is scanned over a surface (or the surface is scanned under the probe). By using such a probe, researchers are no longer restrained by the wavelength of light or electrons. The resolution obtainable with this technique can resolve atoms, and true 3-D maps of surfaces are possible. Scanning Probe Microscopy is a general term, used to describe a growing number of techniques that use a sharp probe to scan over a surface and measure some property of that surface. Some examples are STM (scanning tunneling microscopy), AFM (atomic force microscopy), and NSOM (Near-Field Scanning Optical Microscopy)...more

میکروسکوپ spm
میکروسکپ پروبی روبشی
SPM چیست
برچسب ها: میکروسکوپروش های آنالیز و شناسایی مواد
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97
هجدهمین نمایشگاه بین المللی صنعت ساختمان تهران 97   ...بیشتر
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی ساختمان و صنایع سرمایشی و گرمایشی مشهد 97
بیست و یکمین نمایشگاه بین المللی ساختمان و تاسیسات سرمایشی گرمایشی مشهد 97 &n ...بیشتر
بازديد دكتر خدابخش استاندار اذربايجان شرقی از مجتمع تجاری رفاهی باراما، گلزار شهدای شهر سهند، روستای تاريخی كندوان
بازديد دكتر خدابخش استاندار اذربايجان شرقی از مجتمع تجاری رفاهی باراما، گلزار شه ...بیشتر
تقویم نمایشگاه های بین المللی سال 1397
نمایشگاه به عنوان يكی از مهمترين بخش های تجاری و اقتصادی ایران با بهره مندی از ف ...بیشتر
بیست و سومین نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 97
بیست و سومین نمایشگاه بین المللی نفت، گاز، پالایش و پتروشیمی تهران 97   ...بیشتر
بیست و یکمین دوره نمایشگاه بین المللی حرارتی، برودتی و سیستم های تهویه تبریز 97
بیست و یکمین دوره نمایشگاه بین المللی حرارتی، برودتی و سیستم های تهویه تبریز 97 ...بیشتر
هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق مصرف کنندگان
  درباره همایش با توجه به تغییر و تحولات هر کشوری در مسیر توسعه ا ...بیشتر
دریافت لوح تقدیر هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق مصرف کنندگان
پاکمن مفتخر به دریافت لوح تقدیر و گواهینامه هفدهمین همایش روز ملی حمایت از حقوق ...بیشتر
هشتمین دوره نمایشگاه ساختمان، برق، تاسیسات آب و فاضلاب اردبیل 96
عنوان: نمایشگاه ساختمان، برق، تاسیسات آب و فاضلاب اردبیل 96 شهر:  ...بیشتر
سومین کنفرانس ملی تهویه مطبوع و تاسیسات حرارتی و برودتی
عنوان: سومین کنفرانس ملی تهویه مطبوع و تاسیسات حرارتی و برودتی شهر: ق ...بیشتر
اولین نیروگاه خورشیدی یزد به بهره برداری رسید
اولین نیروگاه خورشیدی استان یزد با حضور اسحاق جهانگیری معاون اول رییس جمهور و جم ...بیشتر
راندمان بویلر
شاخص های مؤثر در محاسبات راندمان بویلر، یکی از اساسی ترین ضوابط مؤثر در ارتقا سط ...بیشتر
کتاب موتورخانه بخار شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: موتورخانه بخار/ ق ...بیشتر
مقررات ملّي ساختمان ايران مبحث نوزدهم
دانلود فایل PDF مقررات ملی ساختمان ایران-مبحث نوزدهم-صرفه جویی در مصرف انرژی ...بیشتر
راه اندازی سختی گیر نیمه اتوماتیک رزینی
دستور العمل راه اندازی سختی گیر های نیمه اتوماتیک رزینی سختی گیرهای رزینی از ...بیشتر
جانمایی بویلر در موتورخانه
براي عملکرد مناسب بويلرها و تجهيزات وابسته بايد فضاي کافي را در موتورخانه به آن ...بیشتر
کتاب انتخاب بویلر شرکت پاکمن
سرشناسه: میرزازاده، قربانعلی، 1325 عنوان و نام پدید آور: انتخاب بویلر/ قرب ...بیشتر
مراحل آموزش و نگهداری دیگ های بخار سیار
مقدمه از دیرباز استفاده از تجهیزات مولد بخار در صنایع مختلف از جمله صنایع نفت ...بیشتر
معرفی کتابچه دیگ آبگرم شرکت پاکمن
راه اندازی آموزش و بهره برداری از   Hot Water Boilers   ...بیشتر
معرفی کتابچه موتور خانه استخر
نام مقاله: کتابچه موتور خانه استخر نام نویسنده: دپارتمان پژوهش شرکت پاکمن ...بیشتر
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار
دستور العمل نصب، نگهداری و راه اندازی بویلر بخار براي استفاده بهينه از بویلر ...بیشتر