ЗОНДОВЫЕ МИКРОСКОПЫ.
СКАНИРУЮЩИЙ АТОМНО – СИЛОВОЙ
МИКРОСКОП
- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Лекционный курсФизические основы измерений и эталоны презентация
Содержание
- 1. Лекционный курсФизические основы измерений и эталоны
- 2. АТОМНО - СИЛОВОЙ МИКРОСКОП ( АСМ )
- 3. G. Binnig, Ch. Gerber and C.F. Quate,
- 4. Современный атомно – силовой микроскоп
- 5. Потенциальная энергия взаимодействия атомов ( взаимодействие ван-дер-Ваальса
- 6. Взаимодействие ван-дер-Ваальса Энергия взаимодействия + -
- 7. Дипольный момент (вектор) : Энергия
- 8. Индуцированные диполи в атомах ( дисперсионное взаимодействие
- 9. Энергия притяжения за счет дисперсионного взаимодействия
- 10. Атомно – силовой микроскоп Потенциальная энергия взаимодействия
- 11. Атомно – силовой микроскоп ЗОНД ПОВЕРХНОСТЬ Режим «постукивания» (полуконтактный) (прерывисто – контактный)
- 12. Расстояние от зонда до поверхности – единицы
- 13. Атомно – силовой микроскоп С помощью трехкоординатного пьезоэлектрического привода перемещают ОБРАЗЕЦ относительно зонда
- 14. Атомно – силовой микроскоп Силу оценивают по
- 15. Сходство с механическим профилометром Оптическая система измеряет
- 16. Зонд атомно – силового микроскопа из углеродных нанотрубок
- 17. Атомно-силовой микроскоп Различные формы кантилеверов Зонд на треугольной консоли Зонд на прямоугольной консоли
- 18. Атомно-силовой микроскоп Новые консоли с флексоэлектрическими
- 19. Получение изображений с помощью атомно – силового микроскопа
- 20. Схема молекулы пентацена СТМ – изображение в
- 21. Атомная структура поверхности диэлектрического материала
- 22. Расположение атомов на поверхности углеродных нанотрубок
- 23. Молекулы белков Костные клетки
- 24. Изображение единичного элемента записи диска DVD размером около 200x400 нм
- 25. Обнаружение отдельных частей молекул в атомно-силовом микроскопе
- 26. Изображение в АСМ без химической обработки зонда
- 27. Магнито-силовая микроскопия (СТМ-зонд с магнитным покрытием) Участок
- 28. Сканирующая резистивная микроскопия АСМ в контактном режиме
- 29. Использование атомно – силового микроскопа в качестве производственного оборудования нанотехнологий
- 30. Молекулы в «нанотекст» поступают с поверхности зонда
- 31. Нано-перо
- 32. Линии толщиной 10 нм образуют
- 33. Нано-перо
- 34. Использование АСМ для рассечения хромосомы человека с целью выделения конкретного гена Нано-скальпель
- 35. Рассечение клеток растения для выделения молекул одного из белков Нано-скальпель
- 36. Перемещение нанотрубки по поверхности микросхемы Нано-манипулятор
- 37. Нано-манипулятор Перемещение атомов железа на поверхности меди
- 38. Сборка «невозможных» молекул из отдельных деталей Эта
- 39. АСМ для нефтегазового производства
- 40. С помощью наноструктурных катализаторов выход бензина при
- 41. Исследования закономерностей адсорбции ПАВ на пластовых
- 42. Важные вопросы о поведении ПАВ в пласте
- 43. Поведение молекул ПАВ на поверхности кварца
- 44. КОНЕЦ ЛЕКЦИИ
АТОМНО - СИЛОВОЙ МИКРОСКОП ( АСМ )
Слайд 1Лекционный курс
«Физические основы измерений и эталоны»
Раздел
ИЗМЕРЕНИЯ В НАНОТЕХНОЛОГИЯХ
Тема
Слайд 3G. Binnig, Ch. Gerber and C.F. Quate, Phys. Rev. Lett. 56,
930 (1986)
Первый атомно – силовой микроскоп
Слайд 5Потенциальная энергия взаимодействия атомов
( взаимодействие ван-дер-Ваальса )
Отталкивание атомов
из-за перекрывания
электронных
оболочек
Притяжение атомов обусловлено
наличием
индуцированных диполей
Атомно – силовой микроскоп
Слайд 6Взаимодействие ван-дер-Ваальса
Энергия взаимодействия
+
-
Радиус
Ван-дер-Ваальса
rv
Расстояние
между
центрами
атомов
Перекрывание оболочек
(кулоновское отталкивание
одноименных зарядов)
Межатомное притяжение
(дисперсионное взаимодействие
индуцированных диполей)
Суммарная
энергия
Слайд 7Дипольный момент (вектор) :
Энергия взаимодействия диполь-диполь :
Если μ1 и μ2
параллельны:
Если μ1 и μ2
коллинеарны:
Взаимодействия электрических диполей
Слайд 8Индуцированные диполи в атомах
( дисперсионное взаимодействие )
Флуктуация электронной плотности в одном
атоме (образование мгновенного диполя) вызывает соответствующее смещение зарядов и в другом атоме (образование мгновенного индуцированного диполя ). Дипольные моменты – коллинеарны. Следствие - взаимное притяжение атомов.
Слайд 9
Энергия притяжения за счет дисперсионного взаимодействия (модель Лондона) :
I … энергия
ионизации
α1, α2 поляризуемости атомов
α1, α2 поляризуемости атомов
Энергия отталкивания электронных облаков:
Если r мало : m = 5 - 12
С учетом обоих эффектов – потенциал ван дер Ваальса :
Для m = 12 – известный потенциал Леннарда – Джонса :
Взаимодействия ван-дер-Ваальса
Слайд 10Атомно – силовой микроскоп
Потенциальная энергия взаимодействия атомов
Потенциал Леннарда-Джонса
Первое слагаемое – дальнодействующее
«диполь – дипольное» притяжение.
Второе слагаемое – «обменное» отталкивание на малых расстояниях.
ro – равновесное расстояние между атомами,
U0 - значение энергии в минимуме.
Второе слагаемое – «обменное» отталкивание на малых расстояниях.
ro – равновесное расстояние между атомами,
U0 - значение энергии в минимуме.
Слайд 11Атомно – силовой микроскоп
ЗОНД
ПОВЕРХНОСТЬ
Режим «постукивания»
(полуконтактный)
(прерывисто – контактный)
Слайд 12Расстояние от зонда до поверхности – единицы ангстрем
Высокое разрешение
Опасность повреждения поверхности
Контактный
режим
Бесконтактный режим
Режим
«постукивания»
Атомно – силовой микроскоп
Расстояние от зонда до поверхности – сотни ангстрем
Низкое разрешение
Отсутствуют повреждения поверхности
Расстояние от зонда до поверхности – десятки ангстрем
Хорошее разрешение
Отсутствуют повреждения поверхности
Слайд 13Атомно – силовой микроскоп
С помощью трехкоординатного
пьезоэлектрического привода
перемещают ОБРАЗЕЦ
относительно зонда
Слайд 14Атомно – силовой микроскоп
Силу оценивают
по величине изгиба
упругой консоли –
кантилевера
(cantilever),
на конце которой
расположен зонд
Изгиб обычно измеряют, регистрируя
отклонение лазерного луча,
отраженного от консоли
Слайд 15Сходство с механическим профилометром
Оптическая система измеряет отклонения зонда, сканирующего поверхность
Между атомами
зонда и образца действуют силы 10-11 – 10-6 Н (при зазоре ≈1 Å ).
Атомно-силовой микроскоп
Слайд 17
Атомно-силовой микроскоп
Различные формы кантилеверов
Зонд на треугольной консоли
Зонд на прямоугольной консоли
Слайд 18Атомно-силовой микроскоп
Новые консоли
с флексоэлектрическими
свойствами
(2006 – 2008 гг)
Флексоэлектрический эффект –
появление
электрического напряжения
при сгибании и кручении
пьезоэлектрика
при сгибании и кручении
пьезоэлектрика
Флексоэлектрический эффект хорошо проявляет себя
в нанокантилеверах из пьезокерамик –
прямоугольных консолях толщиной в пределах 20–23 нм.
Отсутствует необходимость в использовании лазеров
Слайд 20Схема молекулы
пентацена
СТМ – изображение в режиме постоянного тока
АСМ – изображение в
бесконтактном режиме постоянной высоты
АСМ и СТМ
Слайд 25Обнаружение отдельных частей молекул в атомно-силовом микроскопе
Позолоченный зонд подвергают химической обработке
СХЕМА
ЭКСПЕРИМЕНТА
Молекулы на зонде взаимодействуют с отдельными частями молекул на образце
Слайд 26Изображение в АСМ без химической обработки зонда
На зонде – фрагменты
–COOH
На зонде – фрагменты –CH3
Слайд 27Магнито-силовая микроскопия
(СТМ-зонд с магнитным покрытием)
Участок магнито-оптического диска размером 5х5 мкм
Рельеф
поверхности
Магнитная
структура
поверхности
поверхности
Слайд 28Сканирующая резистивная микроскопия
АСМ в контактном режиме с одновременным измерением тока через
зонд
Изображения отдельных дислокационных дефектов
на поверхности графита
Рельеф
поверхности
Распределение тока
по поверхности
Слайд 29Использование
атомно – силового
микроскопа
в качестве
производственного оборудования
нанотехнологий
Слайд 30Молекулы в «нанотекст» поступают с поверхности зонда через мениск жидкости, образующейся
из паров в окружающей атмосфере
Нано-перо
Направление записи
Водный мениск
Поступление
молекул
«чернил»
ЗОНД
Слайд 32Линии
толщиной
10 нм образуют
слова на
кремниевой
подложке.
В качестве
зонда
АСМ использовалась углеродная
нанотрубка
нанотрубка
Нано-перо
Слайд 34Использование АСМ для рассечения хромосомы человека с целью выделения конкретного гена
Нано-скальпель
Слайд 38Сборка «невозможных» молекул из отдельных деталей
Эта молекула, из 18 атомов цезия
и 18 атомов йода была собрана путем последовательного присоединения отдельных атомов в атомно-силовом микроскопе
Слайд 40С помощью
наноструктурных
катализаторов
выход бензина
при переработке
нефти
был увеличен
на 50%
Катализатор с нанокластерами
Катализатор с нанопорами
Слайд 41Исследования
закономерностей
адсорбции ПАВ
на пластовых породах
Средние коэффициенты
извлечения нефти
составляют от 20% до 40%
Эффективный
метод повышения нефтеотдачи >60% –
гидроразрыв пласта жидкостями, содержащими ПАВ.
гидроразрыв пласта жидкостями, содержащими ПАВ.
Слайд 42Важные вопросы о поведении ПАВ в пласте
Происходит ли захват ПАВ в
порах песчаника?
При каких условиях образуются монослойные покрытия?
Двуслойные? Многослойные?
При каких условиях образуются монослойные покрытия?
Двуслойные? Многослойные?
СЭМ - изображение
пластовой
породы:
Слайд 43Поведение молекул ПАВ на поверхности кварца
АСМ – изображения
различных
структур
адсорбированных
слоев ПАВ
