Сканиране сонда микроскопи (SPM Engl SPM -. Сканираща сонда микроскоп) - микроскопи клас за получаване на изображения на повърхността и местните характеристики. Процесът на изграждане на изображението след сканиране на сондата повърхност. Като цяло, тя осигурява триизмерен образ на повърхността (топография) с висока резолюция. микроскоп сканиране сонда изобретен в съвременния си вид (принципи на този клас устройства са били по-рано поставените от други изследователи) Герд Карл Binnig и Хайнрих Рорер през 1981. За това изобретение получиха Нобелова награда за физика през 1986 година. който се разделя между тях и изобретателят на микроскоп трансмисионна електронна Е. Руска. Отличителна черта е наличието на SPM:
- сонда
- преместване на сонда спрямо системата за проба от 2-ри (X-Y) или 3-M (X-Y-Z) координира,
- система за запис.
Системата за запис записва стойността на функцията зависи от сонда-пробата. Обикновено, записана стойност се обработва с отрицателна обратна връзка система, която контролира позицията на пробата или пробата на координатна (Z). Като система за обратна връзка, най-често се използва PID контролер.
Основните видове сканиращи микроскопи:
Схема на микроскоп атомната сила
Експлоатация на микроскоп сканиращата сонда на базата на взаимодействието на повърхността на проба със сондата (конзолни игла или оптична сонда). На малко разстояние между повърхността на сонда и действието на силите на взаимодействие (отблъскване на привличане, и други сили) и дисплея на различни ефекти (например, електрон тунелиране) може да се блокира с помощта на модерна регистрация. За да се регистрирате, да използват различни видове сензори, чувствителността на която можете да поправите малък в смущението. За да се получи пълен устройства сканиране растерно изображение използват различни оси X и Y (например, пиезо-тръба, копланарни скенери).
Основната техническите трудности при създаването на сканиращ микроскоп, сонда:
- В края на сондата трябва да има размери, сравними с обекта в процес на проучване.
- Осигуряване на механични (включително топлинна и вибрационно) на нивото на стабилност по-добре от 0.1 ангстрьома.
- Детектори трябва надеждно фиксират малки в смущаването на регистрирания параметър.
- Създаване на прецизност сканираща система.
- Осигуряване гладка конвергенция на сондата с повърхността.
Схема на сканиращ тунелен микроскоп
В конзолата на атомно-силов микроскоп (SEM изображение, увеличение х 1000)
микроскоп сканиращ тунелен (STM) - се използва за изобразяване на тунелиране ток между пробата и пробата, която съдържа информация за топологията и електрическите свойства на пробата. Атомна микроскоп сила (AFM) - регистрира различни сили между пробата и пробата. Тя осигурява повърхност топография и механични свойства. А микроскоп сканиране близък обхват (SNOM) - използва се за изображение близко поле ефект.
В момента, повечето изследователски лаборатории сканиране сонда и електронна микроскопия се използват като взаимно допълващи се методи на разследване на редица физически и технически характеристики.
В сравнение със сканиращ електронен микроскоп (SEM), сканиращ микроскоп сонда има няколко предимства. По този начин, за разлика от SEM, което дава псевдо триизмерно изображение на повърхността на образеца, на SPM осигурява вярно триизмерна повърхност релеф. В допълнение, като цяло, сканиращ микроскоп сонда позволява изображения на двете проводими и непроводими повърхност, като за изследването на непроводими обекти SEM трябва да бъде метализирана повърхност. За да работите с необходимия вакуум SEM, докато повечето от режимите на SPM предназначени за научни изследвания във въздуха, вакуум и течности. Поради това, с помощта на SPM за проучване на материали и биологичните обекти в нормални условия за тези обекти. Така например, изследване на биологичните макромолекули и техните взаимодействия на живи клетки. По принцип SPM е в състояние да даде по-висока резолюция от SEM. Така че това е доказано, че SPM в състояние да осигури реална атомна резолюция в ултраенергийните вакуум при липса на вибрации. UHV резолюция SPM сравнима с трансмисионен електронен микроскоп.
Недостатъкът на SPM, в сравнение с SEM трябва да включва и малкия размер на областта на сканиране. SEM в състояние да сканира района на с няколко милиметра по големина в страничната равнина повърхност с разлика във височината на няколко милиметра във вертикалната равнина. В SPM максимална денивелация е няколко микрометра, обикновено не повече от 25 микрона, и полето максимална сканиране в най-добрия от порядъка на 150 × 150 микрометра. Друг проблем е, че качеството на изображението се определя от радиуса на кривата на върха на сондата, че за неправилен избор на сонда или повреда води до появата на артефакти в полученото изображение. В този случай, подготовка на проби за SPM отнема по-малко време, отколкото за SEM.
Нелинейност, хистерезис, [6] и пълзене (пълзене) piezoceramics скенер също причинява сериозни нарушения на SPM изображения. В допълнение, някои изкривявания се дължи на паразитни взаимни отношения, съществуващи между X, Y, Z-манипулатор скенер. За коригиране на изкривявания на реално време ток SPM използване на софтуер (например, функция на базата на сканиране [1] [7]), или скенери, следящия е оборудван със затворени системи, които включват линейни сензори позиция. Някои SPM скенер вместо използване на пиезо-тръба XY и Z-компоненти са механично разкачени една от друга, което елиминира паразитни съединителната част. Въпреки това, в някои случаи, например, когато се комбинира с електронен микроскоп и ultramicrotome конструктивно оправдано да се използва името на скенера на пиезо-тръба.
Обработка на получената информация и възстановяване на получените изображения
Пример SPM сканиране: Aspergillus спори. чай се отглежда в култура върху стъклена подложка
Обикновено, заснето от сонда микроскоп неразгадаем изображението на сканиране трудно поради до нарушаване присъщи на метода. Почти винаги, резултатите от първоначалното сканиране се подлагат на математическа обработка. За тази цел на софтуера директно доставено на SPM. Налице е софтуер, лицензиран при условията на GNU. Например, Gwyddion [8]
Текущо състояние и развитие на сканиране сонда микроскопия
В момента сканиращи микроскопи са използвани в почти всички области на науката. В физика, химия, биология, се използва като инструмент за разглеждане на SPM. По-специално, като интердисциплинарна наука като материали. биохимия. фармацевтични продукти. нанотехнологиите. физика и химия на повърхностните и електрохимията. изучаването на корозия. електроника (например, MEMS), фотохимия, и много други. Обещаващ посока е комбинацията от сканиращи микроскопи с други традиционни и съвременни методи на изследване, както и създаването на нови инструменти. Например, комбинацията с оптични микроскопи, SPM (конвенционална и конфокална микроскопия) [9] [10] [11]. електронни микроскопи [12]. спектрометри (например, Раман спектрометри (Raman) разсейване и флуоресцентна) [13] [14] [15]. ultramicrotome [16].
Производителите на SPM в България и страните от ОНД в азбучен ред
АНО "Институт по Нанотехнологии МФК"
LLC "AIST-NT"
ООД "Nano Scan Technologies Ltd."
"MICROTESTMACHINES" Беларус
Компанията, която произвежда оборудване за научни изследвания, включително модел на сканиращ микроскоп, сонда. [22]
ЗАО «NT-MDT»
ЗАО «NT-MDT» - българска компания, създадена през Зеленоград през 1989. Ангажирани в производството на сканиращи микроскопи за образование, научни изследвания и дребното производство. [23] В момента компанията произвежда четири серия на модела, както и широка гама от аксесоари и консумативи: конзоли. Решетка габарит, тестови проби.
"Технологичен институт на свръхтвърди и Нови Въглеродни материали" (FGBNU TISNCM), България
- Проектиране и разработване на нови подходи към измерването на физико-механичните свойства на материалите за нано.
- Създаване на оригинални методи и средства за измерване.
- Производство сканиране nanotverdomerov серия "NanoScan". Той съчетава силата на класическите nanoindenter и сканиращи микроскопи, с редица допълнителни уникални характеристики.
- производство nanoindenter.
SPE "Съвременни технологии Център"
Свързани статии