Startuj z nami!

www.szkolnictwo.pl

praca, nauka, rozrywka....

mapa polskich szkół
Nauka Nauka
Uczelnie Uczelnie
Mój profil / Znajomi Mój profil/Znajomi
Poczta Poczta/Dokumenty
Przewodnik Przewodnik
Nauka Konkurs
uczelnie

zamów reklamę
zobacz szczegóły
uczelnie

Nie znaleziono szukanej frazy! Poniżej znajduje się fraza najbardziej przypominająca szukaną.

SPM

SPM

SPM (ang. Scanning Probe Microscope – mikroskop ze skanującą sondą) to ogólna nazwa całej rodziny mikroskopów , których zasada działania polega na:

  1. skanowaniu, czyli przemiataniu pola widzenia mikroskopu liniami, każda linia jest następnie mierzona punkt po punkcie – obraz tworzony na podstawie tych pojedynczych punktów pomiarowych
  2. wybór punktu pomiarowego następuje poprzez poruszanie nad próbką sondy (próbnika) – zasadniczy pomiar określonej właściwości badanej próbki jest dokonywany za pomocą tej sondy.

Skanowanie z reguły realizowane jest za pomocą tzw. skanera lub skanerów piezoelektrycznych skonstruowanych najczęściej w ten sposób, że próbka może poruszać się względem głowicy mikroskopu z sondą (lub głowica względem próbki) w 3 wymiarach. Poruszanie poziome zapewnia wybór kolejnych linii obrazu (współrzędna y) oraz skanowanie linii (kolejne punkty – współrzędna x). Skaner pionowy – z reguły o większej rozdzielczości – zapewnia uzyskiwanie zmiany pionowego położenia sondy względem próbki (współrzędna z).

Spis treści

Odmiany SPM

W zależności od:

  • sposobu realizacji pomiaru,
  • rodzaju mierzonej właściwości,
  • środowiska pomiaru,

wyróżnia się szereg odmian SPM (brakuje literatury polskiej stąd są częste problemy z terminologią):

Tryby działania SPM

Mikroskopy SPM działają w kilku podstawowych trybach:

  • tryb stałej siły (ang. Constant Force Mode, lub stałego sygnału dowolnego typu) – układ ujemnego sprzężenia zwrotnego wbudowany w urządzenie sterujące (ang. controller) zapewnia bardzo dużą szybkość działania bez dodatkowej ingerencji sterującego pomiarem komputera i oprogramowania – informacja uzyskana układu sterowania pozwala na zrekonstruowanie obrazu
  • tryb stałej wysokości (ang. Constant Height Mode) – pomiar dokonywany jest przez skanowanie bez zmiany wysokości, a obraz jest konstruowany dzięki interpretacji zmiennego sygnału
  • tryb kontaktowy (ang. Contact Mode, np. CM AFM, z wyjątkiem mikroskopu STM i innych gdzie pomiar jest wykonywany przez pomiar prądu lub potencjału elektrycznego – sonda jest prowadzona przy dużym nacisku na próbkę – tylko dla twardych powierzchni, może być niszczący
  • tryb bez kontaktu (ang. Non-Contact Mode, np. NC AFM) nadaje się do dowolnych próbek
  • tryb z przerywanym kontaktem (ang. Intermittent Contact Mode, np. IC AFM; Tapping Mode, TM AFM) – próbnik w każdym punkcie obrazu jest najpierw odsuwany daleko od próbki a następnie zbliżany – wymaga długich i ostrych próbników, może być stosowany do powierzchni o bardzo zróżnicowanej topografii i dużych różnicach wysokości pomiędzy sąsiednimi punktami próbki.
  • tryb pomiaru krzywej siła-odległość (ang. Force-Curve Mode) – zamiast pomiaru obrazu wykonuje się badanie zależności siły (w AFM; innego sygnału w innych wersjach) od odległości próbnika od próbki – wykorzystuje się to w celu badania fizykochemicznych właściwości próbek lub określonych układów.
  • tzw. Spektroskopia Skaningowa (tunelowa, atomowa itd.) – zamiast pojedynczej (lub kilku) wartości mierzonej w każdym punkcie próbki, mierzy się całą serię wartości (z reguły kilkadziesiąt) w pewnym zakresie odległości od próbki (jak powyżej w trybie pomiaru krzywej siła-odległość). Najczęściej pomiary można wykonywać na standardowych mikroskopach, wymagane jest jednak odpowiednie oprogramowanie sterujące i analizujące obraz

Mikroskopy AFM wykorzystuje się również często do badań in-situ (łac.) – np. do bezpośredniej obserwacji procesu formowania cząstek koloidalnych w roztworze.

Analiza obrazu SPM

Czynniki wpływające na tworzenie obrazu

Podstawową rzeczą przy stosowaniu mikroskopów SPM jest interpretacja danych otrzymywanych bezpośrednio z aparatury – należy pamiętać o tym, że bezpośrednio zbierane dane nie mają charakteru współrzędnych (x, y, z) punktów obrazu – nawet w przypadku położenia poziomego (x, y). Jest wiele czynników, które wpływają na obserwowane wartości, spośród których najważniejsze to:

  • skończony rozmiar poprzeczny próbników SPM (w dodatku rosnący wraz z odległością do próbki) oraz możliwość "sondowania" jedynie pod pewnymi określonymi kątami – nie można "zaglądnąć" we wszystkie miejsca próbki: wąskie szczeliny, obszary pomiędzy blisko położonymi obszarami o znacznej wysokości względem płaszczyzny próbki, a szczególnie np. "pod" lub "między" cząstki umieszczone na powierzchni – można obserwować jedynie ich górne części.
  • niedoskonałość budowy i kształtu próbnika (sondy) SPM – niezgodność kształtu z założeniami nowego próbnika (inny kształt geometryczny, czasami kilka wierzchołków zamiast jednego) a także jego zużywanie się (erozja, odłamywanie) i kontaminacja (zanieczyszczanie) w trakcie pracy mikroskopu
  • w przypadku próbek o dużych różnicach wysokości pomiędzy bliskimi punktami próbek (ang. en:high aspect ratio ): ze względu na zasięg sił stosowanych w pomiarach sąsiednie punkty próbki często wpływają na obraz silniej niż miejsce nad którym próbnik się znajduje
  • w przypadku pomiarów, które nie są prowadzone w wysokiej próżni (ang. en:UHV ), obecność pary wodnej powoduje formowanie menisku wody, którym może silnie wpływać na wynik pomiaru
  • nieliniowość i histereza skanerów piezoelektrycznych (pozycjonowanie próbka-próbnik)
  • szumy oraz zewnętrzne drgania

Artefakty

Te wszystkie czynniki wpływają na to, że na obrazach SPM pojawiają się tzw. artefakty ( en:artifact ) czyli obiekty, które w rzeczywistości nie istnieją, fragmenty obrazu które "wyglądają" (nie koniecznie w sensie optycznym!) w rzeczywistości inaczej.

Najłatwiejsze do zaobserwowania artefakty to np. sferyczne cząstki koloidalne osadzone na gładkim podłożu (np. mice ) wyglądające jak zaokrąglone i pochylone piramidki. Kształt tych "piramidek" jest wynikiem połączenia w obrazie cech powierzchni (kulista górna część cząstek koloidu "unosząca się" nad płaską powierzchnią podłoża) oraz cech próbnika (typowo: odwrócona piramida z zaokrąglonym czubkiem) – krzywizna zaokrąglonej części zaobserwowanej "piramidki" ma wówczas promień krzywizny równy sumie promieni krzywizny cząstki koloidu i czubka próbnika (ang. en:cantilever tip ). Dolna część pochylonych "piramidek" odzwierciedla zasadniczą cechę budowy typowego próbnika (odwrócona i lekko pochylona piramida) oraz zaokrąglenie wynikające z kulistego kształtu cząstki koloidu.

Jak można rozpoznać tego typu artefakty związane z kształtem próbnika? W przypadku gdy wszystkie obiekty na obrazie wyglądają na w jakiś sposób zdeformowane, ale deformacja ma dokładnie ten sam charakter – np. "piramidki" są identycznie zorientowane (np. pochylenie i krawędzie zawsze pod tym samym kątem).

Podobnie jest z np. obserwowaniem "podwójnych" obrazów – jest to wynik defektu próbnika posiadającego podwójny "szczyt" – w wyniku błędnego wykonania, pęknięcia lub kontaminacji.

Dość często przy dużych stromych obiektach na płaskiej powierzchni obserwuje się (wszędzie takie same) zagłębienia – mogą one być związane z histerezą skanera piezoelektrycznego lub boczną deformacją ramienia próbnika spowodowaną bocznym oddziaływaniem próbnika z obiektem.

Korekta obrazu

Aby rozwiązać te i inne problemy stosuje się wiele metod:

  • usuwanie szumów poprzez wygładzanie – np. gaussowskie, FFT , falki ( en:wavelets ), korekta przesuniętych linii skanowania)
  • korekta kształtu obrazu uwzględniająca nieliniowość i histerezę skanerów
  • znając w miarę dokładny kształt próbnika można przeprowadzić częściową rekonstrukcję powierzchni próbki (przy uwzględnieniu ograniczeń związanych z samą metodą), poprzez tzw. dokonwolucję (ang. en:deconvolution )
    • kalibracja próbnika (sondy) za pomocą tego samego SPM pozwala uwzględnić różnice w porównaniu do założonego kształtu i ustawienia oraz kontaminację – stosując znaną próbkę (np. siatka dyfrakcyjna, specjalnie trawione płytki kalibracyjne, kuliste cząstki koloidalne na gładkiej powierzchni) wykonuje się obraz SPM, a potem poprzez porównanie otrzymanego obrazu z (w przybliżeniu) rzeczywistym wyglądem próbki dokonuje się rekonstrukcji kształtu próbnika
    • kalibracja próbnika na podstawie obrazu z mikroskopu elektronowego (możliwa jedynie po pomiarze) – próbnika nie da się już wykorzystać, nie można zaobserwować różnic w ustawieniu próbnika w stosunku do założonego, nie można monitorować zużywania próbnika ani jego kontaminacji
  • dość często łączy się kilka trybów lub kilka pomiarów w tym samym trybie działania mikroskopów AFM w celu uzyskania dodatkowych informacji – np. co najmniej dwukrotny pomiar w mikroskopie MFM przeprowadzony na różnych wysokościach nad próbką umożliwia rozdzielenie informacji o topografii próbki (góry/doliny) od informacji na temat jej budowy magnetycznej: oddziaływanie magnetyczna maleje z odległością dużo słabiej niż siły van der Waalsa – znając charakter zmienności obu sił od odległości możemy poprzez rozwiązanie prostego układu równań otrzymać obie informacje.
  • tworzenie menisku wody ma niewielki wpływ na obraz mierzony w trybie kontaktowym

Linki zewnętrzne

Zastosowanie w nanotechnologii


Inne hasła zawierające informacje o "SPM":

Skaningowy mikroskop tunelowy ...

Mikroskop sił atomowych ...

ISO 3166-1 Peru PFPYF258ISO 3166-2:PF Polinezja Francuska PGPNG598ISO 3166-2:PG Papua-Nowa Gwinea PHPHL608ISO 3166-2:PH Filipiny PKPAK586ISO 3166-2:PK Pakistan PLPOL616 ISO 3166-2:PL Polska PMSPM666ISO 3166-2:PM Saint-Pierre i Miquelon PNPCN612ISO 3166-2:PN Pitcairn PRPRI630ISO 3166-2:PR Portoryko PSPSE275ISO 3166-2:PS Palestyna PTPRT620ISO 3166-2:PT ...

Mikroskop elektronowy ...

Kategoria:Urządzenia elektroniczne ...

Kategoria:Narzędzia fizyki ...

Kategoria:Mikroskopy ...

Mikroskopia sił elektrostatycznych ...

Mikroskop sił tarcia ...

SPM SPM (ang. Scanning Probe Microscope – mikroskop ze skanującą sondą) to ogólna ...


Inne lekcje zawierające informacje o "SPM":

Hasło nie występuje w innych lekcjach!





Zachodniopomorskie Pomorskie Warmińsko-Mazurskie Podlaskie Mazowieckie Lubelskie Kujawsko-Pomorskie Wielkopolskie Lubuskie Łódzkie Świętokrzyskie Podkarpackie Małopolskie Śląskie Opolskie Dolnośląskie