Dụng cụ quang phổ và phương pháp quang phổ kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)

KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ AFM (ATOMIC FORCE MICROSCOPE) TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÍ BỘ MÔN VẬT LÍ ỨNG DỤNG Những người thực hiện: HOÀNG VĂN ANH VÕ THỊ NGỌC THUỶ LÊ NGUYỄN BẢO THƯ Trường đại học khoa học tự nhiên thành phố Hồ Chí Minh Bộ môn vật lí ứng dụng Lớp cao học quang điện tử khóa 18 KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ (AFM) ( Atomic Force Microscope)  • Được sáng chế bởi Gerd Binnig và Christoph Gerber vào năm 1986. • Loại kính này được phát triển từ một loại kính hiển vi tunen cũng do hai ông chế tạo vào năm 1982. • Kính có độ phân giải ở cấp độ nanômét • Thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên nguyên tắc quét đầu dò trên bề mặt.   Ảnh chụp chiếc AFM đầu tiên lưu giữ tại bảo tàng khoa học   !"#$% Là một thiết bị quan sát cấu trúc vi mô bề mặt của vật rắn dựa trên nguyên tắc xác định lực tương tác nguyên tử giữa một đầu mũi dò nhọn với bề mặt của mẫu, có thể quan sát ở độ phân giải nanômet. [...]... những lực giữa đẫu dò và bề mặt mẫu Sơ đồ giải thích cơ chế làm vi c của kính hiển vi lực ngun tử Máy AFM có thể thao tác trong nhiều chế độ khác nhau •Chế độ tiếp xúc ( Contact Mode) • Chế độ khơng tiếp xúc ( NonContact Mode) •Chế dộ tapping CHẾ ĐỘ TIẾP XÚC CONTACT MODE • Tip được tiếp xúc và kéo lê trên bề mặt mẫu và cho ảnh đòa hình • Lực tác dụng là lực đẩy khoảng 10-9N • Nhược điểm của phương pháp: ... lực tương tác giữa mũi dò và bề mặt mẫu theo khoảng cách 5 Phân tích phổ của AFM • Vì AFM hoạt động dựa trên vi c đo lực tác dụng nên nó có một chế độ phân tích phổ, gọi là phổ lực AFM (force spectrocopy), là phổ phân bố lực theo khoảng cách • Các phổ này có thể cung cấp nhiều thơng tin về cấu trúc ngun tử của bề mặt cũng như các liên kết hóa học 5 Ưu điểm của AFM 1 5.1/ Đo được cả vật dẫn điện và. .. silic nitrit(Si3N4), kích thước khoảng một ngun tử 3 2.Cantilever(cần qt): Nó cũng được cấu tạo từ Si3N4 3 3.Nguồn laser 3 4.Miroir( phản xạ phương) 3 5.Hai nửa tấm pin quang điện (photodiode) 3 6.Bộ qt áp điện: 4 Ngun lý của AFM • Khi mũi nhọn qt gần bề mặt mẫu sẽ xuất hiện lực VandeWalt giữa các ngun tử làm rung thanh rung • Dao động của thanh rung do lực tương tác được ghi lại nhờ một tia laser chiếu... ảnh 3 chiều trên bề mặt mẫu Khuyết điểm: lực hút quá yếu và đầu dò phải đặt sát bề mặt mẫu dễ bò kéo xuống bề mặt mẫu do lực căng bề mặt của những lớp khí hấp phụ trên mặt mẫu Hình ảnh có độ phân giải kém và dễ bò sai lệch CHẾ ĐỘ TAPPING TAPPING MODE • Chế độ này tránh được kéo le đầu dò trên bế mặt mẫu làm hỏng mẫu cũng như tránh được lực bám dính giữa mẫu và đầu dò, tránh được nhiễu hình ảnh do những... rung làm thay đổi góc lệch của tia laser và được detector ghi lại => Vi c ghi lại lực tương tác trong q trình thanh rung qt trên bề mặt sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt của mẫu vật Chiếu chùm tia laze vào mặt phản xạ của cần qt Chiếu chùm tia laser vào mặt phản xạ của cần qt(tiếp theo) Khi đầu dò qt lên bề mặt mẫu,do sự mấp mơ của bề mặt mẫu đầu dò sẽ rung lên theo phương thẳng đứng, chùm tia laze phản... mơi trường bình thường • 5.3./ AFM cũng có thể tiến hành các thao tác di chuyển và xây dựng ở cấp độ từng ngun tử, một tính năng mạnh cho cơng nghệ nano • 5.4./ Mẫu chuẩn bị đơn giản, cho thơng tin đầy đủ hơn so với hình ảnh của hiển vi điện tử truyền qua • 5.5/AFM cung cấp những phép đo độ cao trực tiếp về địa hình của mẫu và những hình ảnh khá rõ ràng về những đặc trưng bề mặt mẫu (khơng cần lớp bao... có bề mặt sạch và sự chống rung 7 Ứng dụng của AFM  AFM có các ứng dụng như: • • • • Chụp ảnh cắt lớp nhanh Mơ tả, phân tích, xác định đặc điểm bề mặt Kiểm sốt chất lượng, kiểm tra khuyết tật vật liệu, Đo cơ học đơn phân tử  AFM có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: cơng nghệ nano(nanotechnology), cơng nghệ bán dẫn, dược phẩm, sinh học,cơng nghệ vật liệu.v.v Một số hình ảnh về ứng dụng của AFM Đây... huỷ bề mặt mẫu và tip, hình ảnh dễ bò méo (nhiễu) do lớp vật chất hấp phụ trên bề mặt mẫu làm nhiễu lực đẩy Chỉ có thể khắc phục nếu AFM hoạt động trong môi trường chân không cao CHẾ ĐỘ KHÔNG TIẾP XÚC NON-CONTACT MODE • • Trong chế độ này đầu dò luôn được giữ ở một khoảng cách rất nhỏ ngay sát bề mặt mẫu (10-15 nm), sự thay đổi độ lệch của lò xo lá do thay đổi lực hút sẽ được ghi nhận và tạo ảnh 3 chiều... dụng của AFM Đây là hình ảnh của hình cầu GaAs đường kính trong đo được là 30 nm Hình ảnh này đã được đo trongchế độ “Close-Contact” Lớp vàng dày 400 nanometer bốc hơi trên một lớp bề mặt silicon Sau khi ngâm trong dung dịch axit KI va I2, hình ảnh này đã được chụp bởi máy AFM ở chế độ “tapping mode” với độ phóng đại 20000 Hình ảnh 2-D của đĩa ghi DVD hiển thị các liên kết của bit Bất kỳ khuyết tật trên... cạnh của một lưỡi dao giúp làm sáng tỏ cơ chế của sự tích tụ polymer trên bề mặt thép Hình chụp bằng AFM của một chuỗi DNA được hình dung như một phức hợp màng RecA protein Cả 2 hình là của cùng một phân tử, ngồi trừ màu sắc khác nhau Scan courtesy J Brockman, F Harmon and S Kowalczykowski, University of California, USA Tài liệu tham khảo • http://pacificnanotech.com/nanoparticles.html • http://www.iis.ee.ethz.ch/research/physchar/microscopy.en . lí ứng dụng Lớp cao học quang điện tử khóa 18 KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ (AFM) ( Atomic Force Microscope)  • Được sáng chế bởi Gerd Binnig và Christoph Gerber vào năm. Loại kính này được phát triển từ một loại kính hiển vi tunen cũng do hai ông chế tạo vào năm 1982. • Kính có độ phân giải ở cấp độ nanômét • Thuộc nhóm kính hiển vi quét đầu dò hoạt động trên nguyên. KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ AFM (ATOMIC FORCE MICROSCOPE) TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÍ BỘ MÔN VẬT LÍ ỨNG DỤNG Những người thực hiện: HOÀNG VĂN