Зондовая микроскопия: методы и аппаратура

29 янв 2020г.

Одно из самых молодых, но в то же время перспективных направлений в исследовании свойств поверхности – это сканирующая зондовая микроскопия. Общепринятой аббревиатурой данного направления является СЗМ. Общая черта абсолютно всех зондовых микроскопов – это наличие специального микроскопического зонда. Он в свою очередь приводится в контакт с поверхностью исследуемого объекта, после чего во время сканирования перемещается по определенному участку поверхности. Данный участок задается в ходе исследований.

blog1 min

Основное преимущество такого оборудования – это разрешение. На данный момент оно составляет менее 0,1 нанометра. Благодаря такому разрешению можно изучать даже самые мелкие частицы. Такие микроскопы могут взаимодействовать с образцом при помощи микроскопического острия, которое позволяет вывести изображение на экран монитора. Это в значительной мере упрощает процесс изучения поверхности.

Более того, методы зондовой микроскопии дают возможность не просто видеть молекулы или атомы, но и воздействовать на них. Особенно важный момент – объекты можно изучать не только в вакууме (что является стандартной средой для многих электронных микроскопов), но и различных жидкостях или газах.

Важные особенности

Среди особенностей такого оборудования стоит выделить 3 основных момент:

  1. Микроскоп позволяет увидеть не только молекулярную, но и атомную структуру поверхности исследуемого вещества. Также на неё можно воздействовать даже на атомном уровне. Пространственное разрешение таких микроскопов достигает фантастических показателей – пикометры в направлении по нормали к образцу. Если же рассматривать разрешение в плоскости объекта, то здесь оно чуть хуже – сотые доли нм.
  2. Зондовые микроскопы позволяют изучать различные объекты не только в вакууме, но и в различных газах, на воздухе, и даже жидкостях и растворах.
  3. Вся информация представлена наглядно. Изображение выводится на экран, что упрощает процесс изучения объектов.

Именно благодаря этим преимуществам зондовые микроскопы смогли привлечь к себе внимание специалистов из других областей и наук.

 

Сканирующие зондовые микроскопы

СЗМ – это отдельный класс микроскопов. Они позволяют получить изображение поверхности объекта, и его характеристик. Благодаря сканированию объекта можно построить его полное и детальное изображение. В общем случае вы получаете возможность построить 3D изображение поверхности (его топографию) с высоким качеством.

katalog 1818 s414

Сканирующий туннельный

Или как его еще называют СТП. Это вид зондового микроскопа. Он предназначен для того, чтобы измерять поверхность проводящих материалов. Измерения это проводятся с достаточно высоким разрешением. В этом микроскопе есть острая игла из прочного металла. Она подводится к исследуемому объекту на расстояние 2-5 ангстрем. В тот момент, когда на неё подается небольшой потенциал, происходит образование туннельных токов. Их величина зависит от того, на какое расстояние вы подвели иглу к объекту.

katalog 1818 s48

Атомно-силовой

Сокращенно пишется как АСМ. Данный тип оборудования является сканирующим зондовым микроскопом. Основное отличие в том, что в АСМ высокое разрешение. Его используют, чтобы определить рельеф образца с разрешением от нескольких десятков ангстрем и до атомарного.

Если сравнивать его с туннельным микроскопом, то АСМ позволяет исследовать различные поверхности.

На сегодня сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) является одним из самых востребованных методов исследования и изучения свойств поверхности твердых тел.

За последние два десятка лет СЗМ превратилась из практически никому неизвестной методики, которая была доступной лишь небольшому кругу исследователей, в широко распространённый и самый применяемый метод, позволяющий проводить исследования и модификации свойств поверхности тонкопленочных структур.

Основным отличием различных методов зондовой микроскопии заключается в том, какой тип зонда вы применяли. Давайте более детально рассмотрим на примере.

ezafm v2 600x400 1 400x267

Сканирующий силовой микроскоп

В данном случае в качестве зонда применяется острая игла очень маленького размера, которое закреплено при помощи упругой микроконсоли. В нем происходит регистрация сил, взаимодействующих между иглой и поверхностью объекта. Нередко ССМ могут называть и атомно-силовым микроскопом. Он позволяет указать на локальный характер силового взаимодействия с исследуемым объектом.

Сканирующий туннельный микроскоп

Игла микроскопа подносится к проводящей поверхности объекта, из-за чего в итоге образуется переход. Микроскоп позволяет измерить величину электрического тока, который при подведении иглы образовался в созданном туннельном переходе.

Сканирующий электрохимический микроскоп

Благодаря СЭМ вы получаете возможность получить полную визуализацию отдельных молекул, и даже атомов в растворах электролитов. Здесь можно продолжать перечислять различные виды микроскопов, при разработке которых основой послужил сканирующий туннельный микроскоп.

Скорей всего в ближайшее время этот список будет расширяться, поскольку планируется, что будут изобретены новейшие зондовые модификации. В туннельном микроскопе такое взаимодействие проявится в виде протекания постоянных токов в созданном туннельном контакте.

Не будет лишним упомянуть и другие виды зондовых микроскопов:

  • магнитно-силовые. Как понятно из названия зонд и объект взаимодействуют с магнитными силами;
  • поляризационный силовой. Заряженный зонд взаимодействует с объектом исследования;
  • ближнего поля. Оптические свойства объекта преобразовываются через микро-диафрагму, которая расположена в ближней зоне источников фотонов.
Поделиться в соцсетях:

Связаться с нами

Если у Вас остались вопросы или вы хотите заказать
продукцию, просто заполните форму ниже

Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
Неверный ввод
  • 220089, Республика Беларусь,
    г.Минск, ул.Уманская 54

  • +7 (969) 077-72-72 (WhatsApp)

  • +375 (17) 328-18-02

  • +375 (29) 626-19-06

  • info@ilpa-tech.ru

  • Связаться с нами