میکروسکوپ SPM 1

میکروسکوپ SPM 1Reviewed by جلالی on Aug 14Rating:

spm

میکروسکوپ SPM 1

میکروسکوپ های پروبی روبشی(SPM)

درباره همه چیز : به مجموعه گسترده ای از تکنیک ها گفته می شود که روبش سطح توسط یک پروب با قدرت تفکیک نانویی و حتی آنگسترومی انجام شده و تصاویر توپوگرافی یا نقشه هایی از یک خاصیت ویژه از سطح مواد ارائه می گردد. اختراع میکروسکوپ پروبی روبشی، باعث تاثیر شگرفی بر توسعه فناوری نانو شده، و امکانات جدیدی جهت طراحی سیستم های نانویی ایجاد نموده است. در مجموعه مقالات میکروسکوپ های پروبی روبشی ضمن معرفی هر دستگاه، تاریخچه، نحوه عملکرد، کاربردها، معایب و مزایای هر روش مورد بررسی قرار می گیرد.

[divider]

۱- مقدمه

امروزه اهمیت شناسایی و بررسی مواد و سیستم ها با استفاده از میکروسکوپ های پروبی روبشی، در فناوری های پیشرفته و تحقیقات ، بعنوان یک بخش غیر قابل اجتناب مطرح می باشد. در طی بیست سال اخیر، میکروسکوپهای پروبی روبشی (SPM)، از یک تکنیک ناشناخته به ابزار تحقیقاتی موفق و گسترده جهت بررسی خواص سطحی، مبدل گشته است[۱]. در یک نگاه، میکروسکوپ پروبی روبشی عنوان جامعی برای مجموعه گسترده ای از تکنیک هاست، که توسط یک پروب (probe) (سوزن (tip))، سطح مواد را با قدرت تفکیکی تا مقیاس نانو و حتی آنگستروم، روبش (scan) می کند و تصاویر توپوگرافی، یا نقشه هایی از یک خاصیت ویژه از سطح مواد ارائه می دهد [۲].

۲- تاریخچه
در سال ۱۹۸۱ میلادی ، میکروسکوپ تونلی رویشی (STM= scanning tunneling microscope) بعنوان اولین عضو از خانواده میکروسکوپ های پروبی روبشی بوسیله دو تن از محققین سوئیسی بنامهای گرد کارل بینیگ (GerdKarl Binnig) و هاینرک رورر (Heinrich Rohrer)، در آزمایشگاه تحقیقاتی زوریخ IBM، اختراع شد [۲, ۳]. با وجود چند اختراع نسبتا مشابه در زمینه ساخت میکروسکوپهای پروبی روبشی در آن ایام، این دو دانشمند درسال ۱۹۸۶ جایزه نوبل فیزیک را به جهت این اختراع دریافت نمودند.
در همین سال، بینیگ میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را نیز با همکاری کلوین کوات (CalvinQuate ) وکریستف گربر (ChristophGeber) از دانشگاه استنفورد معرفی نمود.
تولیدات تجاری SPM با میکروسکوپ های STM در سال ۱۹۸۷ میلادی و میکروسکوپ های AFM، در ۱۹۸۹ میلادی کلید خورد. به دنبال اختراع STM و سپس AFM، تلاش های بسیاری جهت مطالعه مورفولوژی و ساختار سطوح و فصل مشترک آن ها صورت گرفت [۴] و در بازه کوتاهی از زمان، میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (MFM)، میکروسکوپ نیروی الکتریکی (EFM)، میکروسکوپهای نوری میدان نزدیک روبشی (SNOM) ، بصورت پیشرفته تر از قبل، و بسیاری دیگر از ابزارهای شناسایی با مبانی مشابه درعملکرد، تحت عنوان کلی میکروسکوپهای پروبی روبشی ساخته و به جهان علم عرضه گردید.
با معرفی و عرضه انواع میکروسکوپ های پروبی روبشی، بسیاری از تصاویر شگفت آور علمی در جهان منتشر شد که دریچه باز به درون جهان مقیاس نانو گشود. با آگاهی از پتانسیل بالای این روش ها، محققین اقدام به توسعه تحقیقات خود و بدست آوردن بیشتر اطلاعات و آگاهی از مواد، ساختارها و مکانیزم های مطرح در مقیاس نانو نمودند[۴]. در جدول۱، رویدادهای اساسی در روند توسعه و پیشرفت میکروسکوپ های پروبی روبشی به اختصار بیان شده است.

جدول۱- رویدادهای اساسی در روند توسعه و پیشرفت میکروسکوپهای پروبی روبشی[۱]

۳- انواع میکروسکوپهای پروبی روبشی
خانواده تجهیزات مبتنی بر STM ها و AFM ها که تحت عنوان کلی میکروسکوپهای پروبی روبشی(SPM)، نامیده می شوند، به منظور کاربردهای گسترده ای در حیطه های علمی و صنعتی توسعه یافته اند. این میکروسکوپ ها شامل اول STM، دوم AFM و نیز  (LFM یا FFM) ، میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیکی روبشی (SEFM) از [۶،۵]، میکروسکوپ صوتی نیرویروبشی(SFAM) (یا میکروسکوپ صوتی نیروی اتمی (AFAM)از [۷-۱۲]، میکروسکوپ مغناطیسی روبشی(SMM) (یا میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (MFM)از [۱۶-۱۳]، میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی(SNOM)از [۲۰-۱۷]، میکروسکوپ حرارتی روبشی(SThM)از [۲۱-۲۳]، میکروسکوپ الکتروشیمیایی روبشی(SEcM) از[۲۴]، میکروسکوپ پروبی کلوینی روبشی(SKPM)از [۲۹-۲۵]، میکروسکوپ پتانسیل شیمیایی روبشی(SCPM)از [۲۲]، میکروسکوپ هدایت یونی روبشی (SICM)از [۳۱،۳۰] و میکروسکوپ ظرفیتی روبشی(SCM)از [۲۵، ۳۲-۳۴] و … هستند.
گاهی به گروهی از تجهیزات و دستگاههایی که نیروها را اندازه میگیرند (همانند AFM، FFM، SEFM، SFAM وSMM)، میکروسکوپ نیرویی سطحی (یا روبشی)، (SFM) نیز گفته می شود[۳۴]. برخی نامهای رایج در مطالعه میکروسکوپهای پروبی روبشی در جدول۲، ذکر شده اند.

جدول۲- برخی نامهای رایج در مطالعه میکروسکوپهای پروبی روبشی[۳۵, ۳۶]

۴- مقایسه میکروسکوپ های پروبی روبشی با میکروسکوپ های مرسوم

در تکنیک میکروسکوپ های پروبی روبشی، مشابه سایر روشهای آنالیز روبشی (همچون میکروسکوپ الکترونی روبشی(SEM))، سطح نمونه روبش می شود و با اندازه گیری و پردازش سیگنال های بدست آمده از نقاط مختلف سطح روبش شده، تصویر تشکیل می گردد. قدرت تفکیک و بزرگنمایی میکروسکوپ های پروبی روبشی، بهتر از میکروسکوپ های الکترونی متداول است و امکان تهیه تصاویر سه بعدی از اتمها را فراهم می آورد. علاوه بر تهیه تصویر، این تکنیک ها توانایی جابجایی اتمها و قابلیت بررسی طیف وسیعی از مواد سخت، نرم، رسانا ، نیمرسانا، نارسانا، مغناطیسی و …. را دارند.
بر خلاف اغلب میکروسکوپهای الکترونی متداول که به خلاء و آماده سازی نمونه نیاز دارند، میکروسکوپ های پروبی روبشی علاوه بر خلاء، در هوا و یا زیر سطح مایع و با حداقل آماده سازی نمونه (و گاهی بدون نیاز به آماده سازی)، کار می کنند[۲]. مقایسه میکروسکوپ های نوری، الکترونی و هم کانون با میکروسکوپهای پروبی روبشی در جدول۳، نشان داده شده است[۳۵].

جدول۳-مقایسه میکروسکوپ های نوری، الکترونی و هم کانون با میکروسکوپ های پروبی روبشی[۳۵]

نتیجه گیری

میکروسکوپ های پروبی روبشی، به دسته ای از میکروسکوپ ها گفته می شود که مبتنی بر تکنیک روبش سطح مواد با استفاده از پروب و با قدرت تفکیک نانویی می باشد. اولین عضو خانواده SPM، میکروسکوپ تونلی روبشی(STM) است. در پی توسعه و پیشرفت میکروسکوپ های پروبی، میکروسکوپ نیرو اتمی(AFM)، میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیکی روبشی (SEFM)، میکروسکوپ صوتی نیروی روبشی(SFAM)، میکروسکوپ مغناطیسی روبشی(SMM)، میکروسکوپ نوری میدان نزدیک روبشی(SNOM)، میکروسکوپ حرارتی روبشی(SThM)، میکروسکوپ الکتروشیمیایی روبشی(SEcM)، میکروسکوپ پروبی کلوینی روبشی(SKPM)، میکروسکوپ پتانسیل شیمیایی روبشی(SCPM)، میکروسکوپ هدایت یونی روبشی (SICM) و میکروسکوپ ظرفیتی روبشی(SCM) و … عرضه شدند. میکروسکوپ های پروبی روبشی در مقایسه با میکروسکوپ های الکترونی، قدرت تفکیک و بزرگنمایی بهتری دارند و نیاز به آماده سازی کمتری دارند. همچنین قابلیت کاربرد در محیط های مایع و هوا و خلا، توانایی جابجایی اتمها و امکان بررسی طیف وسیعی از مواد از دیگر امتیازات این میکروسکوپ ها می باشد.



سایتی به وسعت همه چیز که در اون سعی میکنم تجربیات و مطالب در خور توجه رو که دوستشون دارم قرار بدم و امیدوارم با پیشنهادات و انتقادات خودتون من رو راهنمایی کنید. با تشکر


دیدگاه های نوشته “میکروسکوپ SPM 1

  1. بهروز بهرام نژاد

    استفاده از میکروسکوپ های سری spm و stm و دیگر وسایل آزمایشگاه نانو موادها از جمله پودر های نانو در صنعت ساختمان

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دوست داری سایت خودتو داشته باشی همین الان این کار رو بکن
امتیاز دهید:
به این صفحه

به این سایت
برای محبوب کردن سایت روی 1+ کلیک کنید