Нерезонансные прерывисто-контактные методы атомно-силовой микроскопии

• Автор: Маловичко, Иван Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Традиционные способы проведения измерений и подготовки к эксперименту
1.1 Принцип работы АСМ
1.2 Традиционные методы измерения нормальной жесткости гибкой консоли зондового датчика
1.3 Традиционные методы измерения коэффициента обратной оптической чувствительности
1.4 Традиционные методы сближения острия зонда с поверхностью образца
1.5 Традиционные методы измерения силовых кривых
1.6 Модели упругого взаимодействия острия зонда с поверхностью образца
1.7 Основные результаты по главе
Глава 2. Подготовка к АСМ измерениям
2.1 Калибровка методом темошумов
2.2 Сближение острия зонда с поверхностью образца
2.3 Основные результаты по главе
Глава 3. Получение карты силовых кривых высокого разрешения
3.1 Нерезонансные прерывисто-контактные методы измерения
3.2 Устранение искажений, вызванных гидродинамическими силами
3.3 Устранение искажений, вызванных резонансным откликом зондового датчика
3.4 Некоторые применения нерезонансных прерывисто-контактных методов измерения
3.5 Основные результаты по главе
Глава 4. Определение механических свойств поверхности
4.1 Модели взаимодействия, учитывающие адгезию
4.2 Аппроксимация силовых кривых
4.3 Экспериментальные результаты измерения механических свойств поверхности
4.4 Взаимодействие острия зонда с вязкоупругими образцами
4.5 Основные результаты по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Введение
Актуальность темы исследования
Атомно-силовая микроскопия (АСМ) - один из мощных современных методов исследования поверхности с высоким пространственным разрешением [1]. В последнее время распространение получили нерезонансные прерывистоконтактные методы АСМ измерений, позволяющие помимо рельефа изучать электрические, магнитные, оптические и другие локальные свойства поверхности в широком диапазоне температур на воздухе, в вакууме, в жидких и газообразных средах. Одна из ценнейших особенностей нерезонансных прерывисто-контактных методов АСМ измерений заключается в возможности получения информации о механических свойствах поверхности с высоким пространственным разрешением.
С развитием наномеханики, молекулярной биологии, полимерной промышленности, изучение механических свойств поверхности с высоким пространственным разрешением становится все более актуальной задачей. Информация о механических свойствах может быть использована для идентификации различных веществ на исследуемой поверхности, для контроля механических характеристик искусственно создаваемых структур, для проведения биологических исследований [2] и даже для медицинского диагностирования на клеточном уровне некоторых заболеваний [3].
В то же время нерезонансные прерывисто-контактные методы АСМ измерений требуют специальных методов обработки и фильтрации, работающих в режиме реального времени. Настоящая работа связана с разработкой комплекса алгоритмов управления АСМ и обработки данных, необходимых для работы прерывисто-контактных методов АСМ измерений и расширяющих область их применимости.

Угол (9 - половина угла при вершине конуса - обычно определяется углами кристаллических плоскостей острия зонда [34] и составляет чаще всего 90 - 18 = 72 градуса. Обычно такой моделью имеет смысл пользоваться при проникновении острия зонда в образец на глубину 50нм и более.
Существует множество способов более подробного описания формы острия зонда [35, 36], однако с практической точки зрения наибольший интерес представляют рассмотренные модели, описывающие форму острия зонда как сфера радиуса 10-30нм или конус с углом схождения 36 градусов.
Очень часто исследуемый образец проявляет вязкоупругие свойства. Так же наблюдаются силы адгезии, возникающие между острием зонда и образцом, которыми нельзя пренебрегать при определении модуля Юнга материала по силовым кривым, и которые сами могут являться объектом исследования.
В четвертой главе будут подробно рассмотрены более сложные модели взаимодействия острия зонда с поверхностью, учитывающие силы адгезии и вязкоупругие свойства образца.
Применение моделей взаимодействия острия зонда с поверхностью к силовым кривым
Для полноценного количественного анализа механических свойств поверхности в нерезонансных прерывисто-контактных методах АСМ измерений важно успевать обрабатывать измеряемые кривые по мере их поступления. Ситуация осложняется тем, что силовые кривые, измеренные в таком режиме, часто не позволяют однозначно определить момент касания острием зонда поверхности образца. Из-за этого традиционный метод вычисления модуля Юнга по каждой точке силовой кривой оказывается не точным из-за неопределенности вертикального смещения острия зонда относительно поверхности.
Лучшим решением было бы подобрать момент касания поверхности и модуль Юнга, обеспечивающие наилучшее согласование измеренной силовой