ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ

Transcript

1 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΙΑ ΔΡ. ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΜΠΙΝΑΣ Τμήμα Φυσικής, Πανεπιστήμιο Κρήτης Thl Crete Center for Quantum Complexity and Nanotechnology Department of Physics, University of Crete Transparent Conductive Materials (Head prof. G. Kiriakidis) Institute of Electronic Structure & Laser IESL Foundation for Research and Technology - FORTH

2 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM

3 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Εισαγωγή Αρχή Λειτουργίας / Ανατομία AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόποι Λειτουργίας του AFM Γεωμετρία ακίδας και Μορφολογία Επιφάνειας Εφαρμογές

4 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Εισαγωγή Οπτικό μικροσκόπιο ~ Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Σάρωσης Scanning Electron Microscopy (SEM) 1981 Σαρωτική Μικροσκοπία Σήραγγας Scanning Tunneling Microscopy (STM) 1931 Ηλεκτρονική Μικροσκοπία Διέλευσης Transmition Electron Microscopy (TEM) 1986 Μικροσκοπία Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy (AFM)

5 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή Σαρωτική Μικροσκοπία Σήραγγας Scanning Tunneling Microscopy (STM) Μικροσκοπία Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy (AFM) Διακριτική Ικανότητα AFM x Βασικό πλεονέκτημα 3 διαστάσεις

6 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή Αλληλεπίδραση μεταξύ ακίδας και επιφάνειας δείγματος

7 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM STM scanning tunneling microscope AFM Atomic force microscope FFM (or LFM) (Lateral or Friction) force microscope SEFM Scanning electrostatic force microscope SFAM scanning force acoustic microscope AFAM atomic force acoustic microscope SMM scanning magnetic microscope MFM magnetic force microscope SNOM scanning near field optical microscope SThM scanning thermal microscope SEcM scanning electrochemical microscope SKpM scanning Kelvin Probe microscope SCPM scanning chemical potential microscope SICM scanning ion conductance microscope SCM scanning capacitance microscope Εισαγωγή Family of SPM

8 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή Αλληλεπίδραση μεταξύ ακίδας και επιφάνειας δείγματος Σαρωτική Μικροσκοπία Σήραγγας Scanning Tunneling Microscope (STM) Μικροσκοπία Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscope (AFM)

9 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή 1981 Swiss scientists Gerd Binnig - Heinrich Rohrer Atomic resolution, simple 1986 Nobel prize Chen: Introduction to scanning tunneling microscopy, 1993

10 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή χρησιμοποιούνται για την μελέτη επιφανειών και για την μελέτη των ιδιοτήτων του υλικού στη τάξη μεγέθους έως μερικά μικρά

11 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Εισαγωγή

12 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Αρχή Λειτουργίας μέτρηση της κατακόρυφης θέση της ακίδας Υλικό προς μελέτη Πιεζοηλεκτρικός σαρωτής: μετακινεί το υλικό κάτω από την μύτη της ακίδας Ράβδος: πιέζει την ακίδα να πατάει καλά στο υλικό Βραχίονας μαζί με την ακίδα οδηγεί τον σαρωτή καταγράφει τα δεδομένα και τα μετατρέπει σε εικόνα

13 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Βασικές Αρχές STM AFM

14 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Βασικές Αρχές STM Ακίδα - επιφάνεια δείγματος και electron tunneling current Source:

15 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Βασικές Αρχές STM Ακίδα Επιφάνεια Tunneling current εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ ακίδας και επιφάνειας Ακίδα - επιφάνεια δείγματος και electron tunneling current Source:

16 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Παράδειγμα

17 Μικροσκόπιο Σάρωσης με Ακίδα Scanning Probe Microscopy SPM Ανάγκες Ανάγκη για την κατασκευή ενός μικροσκοπίου το οποίο θα παρέχει ατομική ανάλυση και σε μη αγώγιμα δείγματα Δονητικές παρεμβολές (Vibrational interference) Φυσικές (σκόνες και ρύποι από τον αέρα) Χημικές βρωμιές (χημική δραστικότητα) Source:

18 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM

19 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM

20 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Βασικά Μέρη Laser Κάτοπτρο Φωτοανιχνευτής Εύκαμπτος βραχίονας (cantilever) Scanner with sample Ηλεκτρονικό κύκλωμα

21 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM

22 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα

23 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα Μέσω της ακίδας ανιχνεύουμε την επιφάνεια του δείγματος Μήκος βραχίονα: μm Πλάτος: μm Πάχος: μm Υλικό: Si ή Si3N4 Ο βραχίονας μπορεί να είναι είτε μονός είτε τριγωνικός

24 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα Οι ακίδες καθορίζουν την ανάλυση των εικόνων Σε αντίθεση με την ΟΜ στην οποία η μέγιστη δυνατή ανάλυση περιορίζεται από τα φαινόμενα διάθλασης του φωτός, η ανάλυση του AFM καθορίζεται από τις δυνατότητες των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και της ακίδας

25 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Oxide sharpening of silicon tips Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα

26 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Carbon Nanotube Tips Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα

27 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Carbon Nanotube Tips Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα

28 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Assembled Cantilever Probe (ACP) Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα

29 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM A mechanically cut STM tip (left) and an electrochemically etched STM tip (right) Ακίδα

30 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Παράδειγμα σε κάποια βακτήρια Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Ακίδα Μικρή Διάμετρος Ακίδας Μεγάλη Ανάλυση (αιχμηρή μύτη) Βαθιά και στενή μορφολογία (μικρότερη επιφάνεια)

31 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Σαρωτής - Scanner Ο πιεζοηλεκτρικός σαρωτής είναι υπεύθυνος για την καταγραφή της επιφάνειας στους άξονες Χ και Υ Πως γίνεται αυτό;

32 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Σαρωτής - Scanner Ο πιεζοηλεκτρικός σαρωτής μετακινεί την επιφάνεια προς μελέτη κάτω από την αιχμή της ακίδας. Μόλις η αιχμή της ακίδας βρει μια ανωμαλία στην επιφάνεια υπάρχει μια αλλαγή της δύναμης την οποία δέχεται ο πιεζοηλεκτρικός σαρωτής.

33 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Σαρωτής - Scanner Οι συντεταγμένες κατά τους άξονες x,y είναι γνωστές από τη θέση του σαρωτή. Μέσω του μηχανισμού ανατροφοδότησης μετρούνται αυτές οι δυνάμεις και μέσω του υπολογιστή δημιουργείται η εικόνα του αντικειμένου μελέτης

34 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Σαρωτής - Scanner Τυπική σάρωση Ο σαρωτής είναι φτιαγμένος από Ζιρκόνιο και τιτάνιο. Φτιάχνονται πιέζοντας μαζί την σκόνη από τα υλικά και παίρνουμε το μίγμα (την συμπιεσμένη σκόνη). Το αποτέλεσμα είναι ένα πολυκρυσταλλικό σώμα. Καθένας από αυτούς τους κρυστάλλους είναι ένα ηλεκτρικό δίπολο. Σ αυτούς βασίζεται και η τάση που 10 Α ~ 100 μικρά ή 64 ~ 512 points/line παίρνουμε από την πίεση που ασκείται.

35 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Σαρωτής - Scanner Γρήγορος άξονας, χ Αργός άξονας, y

36 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Laser & Φωτοδίοδος Ζ Έτσι μέχρι τώρα καταφέραμε να σκιαγραφήσουμε τις κάθετες μόνο ανωμαλίες της επιφάνειας μας. Μόνο δηλαδή κατά τον άξονα z. Υ Πως όμως παίρνουμε τρισδιάστατη εικόνα? Χ

37 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αρχή Λειτουργίας Ανατομία AFM Laser & Φωτοδίοδος Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ της επιφάνειας και της ακίδας προκαλούν στη βάση της ακίδας μια καμπή ή μια απόκλιση Αυτές οι αποκλίσεις ή οι κάμψεις της βάσης της ακίδας με τη χρήση ενός απλού laser μπορούν να μετρηθούν από έναν ανιχνευτή (φωτοδίοδο στην συγκεκριμένη περίπτωση)

38 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Μέγεθος ακίδας

39 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόπος Λειτουργίας Τρόπος Λειτουργίας με επαφή Contact mode Τρόπος Λειτουργίας χωρίς επαφή Non Contact mode Παλλόμενος Τρόπος Λειτουργίας Tapping mode Μικροσκοπία Πλευρικών Δυνάμεων Lateral Force Microscopy

40 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόπος Λειτουργίας Τρόπος Λειτουργίας με επαφή Contact mode Τρόπος Λειτουργίας χωρίς επαφή Non Contact mode Η ακίδα έρχεται σε επαφή με την επιφάνεια κατά την διάρκεια της σάρωσης Η ακίδα ταλαντεύεται επάνω στην επιφάνεια χωρίς να την αγγίζει

41 AFM (CONTACT MODE) ΣΥΝΕΧΗ ΕΠΑΦΗ ΑΚΙΔΑΣ - ΔΕΙΓΜΑ ΛΙΓΟΤΕΡΗ ΖΩΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΑΚΙΔΑ & ΤΟ ΔΕΙΓΜΑ ΛΕΠΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΝΕΡΟΥ ΕΞΑΙΤΙΑΣ ΤΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΕΛΚΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ (ΤΡΙΧΟΕΙΔΕΙΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ) ΌΤΑΝ ΠΛΗΣΙΑΖΕΙ ΣΕ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ ΤΩΝ Å ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΕΥΡΟΣ ΥΠΕΡΙΣΧΥΟΥΝ ΟΙ ΑΠΩΣΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΙΚΡΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ (ΙΣΧΥΡΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ)

42 AFM (NONCONTACT MODE) Η ΑΚΙΔΑ ΔΕΝ ΕΡΧΕΤΑΙ ΣΕ ΕΠΑΦΗ ΜΕ ΤΟ ΔΕΙΓΜΑ ΜΕΓΑΛΥΤΕΡΗ ΖΩΗ ΣΤΟ ΔΕΙΓΜΑ & ΑΚΙΔΑ ΟΤΑΝ ΝΑ ΜΕΤΡΑΜΕ ΣΕ ΑΠΟΣΤΑΣΕΙΣ nm ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΓΑΛΗΣ ΕΜΒΕΛΕΙΑΣ ΣΕ ΑΥΤΟ ΤΟ ΕΥΡΟΣ ΥΠΕΡΙΣΧΥΟΥΝ ΟΙ ΕΛΚΤΙΚΕΣ ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΒΟΛΟΥ-ΑΚΙΔΑΣ ΕΚΤΕΛΕΙ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΣΤΑΘΕΡΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ

43 AFM (SEMICONTACT MODE) ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΒΟΛΟΥ-ΑΚΙΔΑΣ ΕΚΤΕΛΕΙ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗ ΣΤΑΘΕΡΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΒΑΘΟΥΛΩΜΑ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ΤΟ ΠΛΑΤΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑ ΟΠΩΣ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΕΠΑΦΗΣ ΥΨΩΜΑ ΜΕΙΩΝΕΤΑΙ ΤΟ ΠΛΑΤΟΣ ΤΑΛΑΝΤΩΣΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑ ΌΠΩΣ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΧΩΡΙΣ ΕΠΑΦΗ

44 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕΘΟΔΩΝ ΕΠΑΦΗΣ ΗΜΙΕΠΑΦΗΣ ΧΩΡΙΣ ΕΠΑΦΗ ΤΑΧΥΤΗΤΑ Χ Χ Χ ΑΝΤΟΧΗ Χ Χ Χ ΔΙΑΚΡΙΤΙΚΗ ΙΚΑΝΟΤΗΤΑ Χ Χ Χ ΑΥΞΑΝΕΤΑΙ ΠΡΟΣ Χ Χ Χ

45 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόποι Λειτουργίας & Είδη Δυνάμεων Μετρούνται δυνάμεις ανάμεσα στην ακίδα και στην προς εξέταση επιφάνεια μέσω της μετατόπισης της ακίδας Van der Waals Ηλεκτροστατικές Μαγνητικές Από επαφή

46 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Τρόπος Λειτουργίας

47 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Γεωμετρία Ακίδας και μορφολογία επιφάνειας

48 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Γεωμετρία Ακίδας και μορφολογία επιφάνειας When the tip of the STM probe is sufficiently close to the surface of the specimen (~ 1nm) a tunneling current can become established

49 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Γεωμετρία Ακίδας και μορφολογία επιφάνειας

50 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Αλληλεπιδράσεις με την επιφάνεια Γεωμετρία Ακίδας και μορφολογία επιφάνειας

51

52

53

54

55

56

57 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1)Νανοδιατάξεις 2)Πολυμερή υλικά 3)Εύρεση Ελαττωμάτων σε υλικά 4)Μεταλλουργία 5)Αναλύσεις σε οπτικό δίσκο DVD 6)Ανάλυση μεμβρανών 7)Βιοιατρική κ.α.

58

59

60 χχχχχ Highly Oriented Pyrolytic Graphite (HOPG) χχχχχχχ SAMPLE REFERENCE graphite Binnig, et al., Europhys. Lett. 3, 1281 (1987) molybdenum sulfide Albrecht, et al., J. Vac. Sci. Tech. A (1988) boron nitride gold Manne, et al., Appl. Phys. Lett (1990) sodium chloride (001) Meyer, et al., Appl. Phys. Lett (1990) lithium flouride Meyer, et al., Z. Phys.B (1990) (1014) cleavage plane of a Ohnesorge, et al., Science (1993) calcite (CaCO 3) crystal

61 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1)Νανοδιατάξεις Carbon Nanotubes GaAs

62 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 2) Πολυμερή υλικά

63 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 3) Εύρεση Ελαττωμάτων σε υλικά AFM σαν εργαλείο μετρολογίας Ουσιαστικά στην βιομηχανία

64 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 4) Μεταλλουργία Συχνά στις βιομηχανίες για ανίχνευση καλής ποιότητας των υλικών αναλύοντας χαρακτηριστικά τους Μελετώντας την επιφάνεια των υλικών βρίσκουμε την αντοχή τους και την αντίδρασή τους σε διάφορους εξωτερικούς παράγοντες όπως θερμοκρασία κα. Πλεονεκτήματα Μεγάλη ανάλυση Τρεις διαστάσεις Εύκολο στην χρήση

65 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 5) Αναλύσεις σε οπτικό δίσκο DVD Αναλύσεις σε επιφάνειες οπτικών δίσκων

66 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 6)Ανάλυση μεμβρανών 66

67 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 7) Βιοιατρική Μελετούνται σε βάθος βακτήρια, κύτταρα, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες, ιούς DNA Βρίσκονται ανωμαλίες Μορφολογία τους Τρισδιάστατη απεικόνιση

68 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

69 SO WHAT DO WE SEE? Nickel from an STM ZnO from an AFM Sources:

70 AND WHAT CAN WE DO? Using STMs and AFMs in Nanoscience Allows atom by atom (or clumps of atoms by clumps of atoms) manipulation as shown by the images below Xenon atoms Carbon monoxide molecules Source: 70

71 AND WHAT CAN WE DO? The first demonstration of manipulating atoms was performed by Eigler and Schweizer (1990), who used Xe atoms on a Ni(110) surface to write the three letters IBM (their employer) on the atomic scale 71

72 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) Πλεονεκτήματα Τρισδιάστατη «φωτογραφία» Πολύ μεγάλη ανάλυση Μπορούμε να μελετήσουμε υλικά που δεν είναι αγώγιμα Το προς μελέτη υλικό δε χρειάζεται ειδική προεργασία (π.χ. τοποθέτηση μεταλλικού μανδύα που μπορεί να καταστρέψει το δείγμα) Λειτουργεί και σε υδάτινο περιβάλλον (βιολογικά μακρομόρια ζωντανοί οργανισμοί)

73 ΜΙΚΡΟΣΚΟΠΊΑ ΑΤΟΜΙΚΏΝ ΔΥΝΆΜΕΩΝ ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) Μειονεκτήματα Μέγεθος εικόνας (mm x mm) Η ανάλυση της φωτογραφίας εξαρτάται από την ακτίνα της ακίδας Μικρή ταχύτητα σάρωσης (αρκετά λεπτά) Χρειάζεται απομόνωση από εξωτερικές δονήσεις Χρειάζεται ειδική προετοιμασία για υλικά που μπορεί να παραμορφωθούν από το μικροσκόπιο λόγω της δύναμης που εμφανίζεται. Δεν υπάρχει γενική μέθοδος αλλά κάθε υλικό θέλει ξεχωριστή μελέτη.

74 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών

75 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών DIP-PEN «Πένα» σε νανοκλίμακα Εναπόθεση μελανιού (π.χ. μόρια, πολυμερή) πάνω σε υπόστρωμα Αργή διαδικασία γραφή με πολλαπλές ακίδες (multi-pen writing)

76 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών

77 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών Ηλεκτροχημική Εφαρμογή τάσης μεταξύ υποστρώματος και ακίδας Μέσω χημικών αντιδράσεων αλλάζει η σύσταση του υποστρώματος

78 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM ΘΕΡΜΙΚΉ Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών Χρήση θερμαινόμενης ακίδας Δημιουργία οδοντωτής επιφάνειας

79 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών NANOSHAVING Το AFM βρίσκεται σε contact mode Η ακίδα ασκεί μεγάλη πίεση στο υπόστρωμα Μετατοπίζεται υλικό από την επιφάνεια

80 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM NANOGRAFTING Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών Παρόμοια τεχνική με το nanoshaving Η ακίδα είναι εμβαπτισμένη σε διάλυμα Παράλληλα με το nanoshaving, εναποτίθεται το καινούργιο υλικό στην επιφάνεια

81 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών

82 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών Μετατόπιση δομών Απενεργοποίηση της λειτουργίας του κρυστάλλου

83 Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης Atomic Force Microscopy AFM ΕΦΑΡΜΟΓΈς ΣΤΗ ΒΙΟΛΟΓΊΑ Χρήση AFM για την δημιουργία νανοδομών

84 ΤΟ ΔΕΙΓΜΑ

85 ΥΠΟΣΤΡΩΜΑΤΑ

86