Исследование задачи повышения разрешающей способности и чувствительности устройств зондовой микроскопии применительно к диагностике наноматериалов

• Автор: Гуркин, Николай Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Оглавление
Введение
Перечень принятых сокращений, обозначений и определений терминов 11 Глава I. Обзор методов и устройств сканирующей зондовой микроскопии для диагностики и неразрушающего контроля наноматериалов
1.1. Обзор существующих устройств для неразрушающего контроля наноматериал бв
1.2. Классификация устройств зондовой микроскопии
1.3. Обзор магнитно-силовой микроскопии
1.4. Обзор атомно-силовой микроскопии. Традиционные методы построения входных каскадов в атомно-силовом микроскопе
1.5. Обзор сканирующей туннельной микроскопии. Методы
построения входных каскадов в сканирующем туннельном микроскопе
1.6. Выводы
Глава П. Исследование методов повышения качественных характеристик параметров сканирующих зондовых микроскопов
2.1. Разработка структурной схемы блока управления сканирующего зондового микроскопа
2.2. Математическое моделирование процесса формирования туннельного тока в сканирующем туннельном микроскопе
2.3. Разработка входных каскадов сканирующих зондовых микроскопов
на основе устройства с положительной обратной связью по току
2.4. Исследование характеристик входных каскадов сканирующих зондовых микроскопов
2.5. Выводы

Глава III. Разработка высокочувствительной модификации сканирующего туннельного микроскопа «Умка-02Ь» для неразрушающего контроля поверхности наноматериалов
3.1. Разработка вариантов схемотехнических решений для построения высокочувствительных входных каскадов сканирующих зондовых микроскопов
3.2. Конструкция и технические характеристики сканирующего туннельного микроскопа «Умка-02Г»
3.3. Методика применения сканирующего туннельного
микроскопа «Умка-02Ь»
3.4. Выводы
Глава IV. Результаты исследования образцов наноматериалов
4.1. Отбор образцов наноматериалов для исследования
4.2. Метрологическое обеспечение измерений сканирующего туннельного микроскопа «Умка-02Ь»
4.3. Исследование образцов наноматериалов
4.4. Выводы
Заключение
Литература
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы нанотехнология стала одной из важных и перспективных областей во многих сферах деятельности общества. Внимание, уделяемое нанообъектам, определяется необычностью свойств, проявляемых наночастицами и возможностью получения новых материалов на их основе. Частицы размером менее 100 нанометров придают материалам качественно новые свойства. Анализ проведенных в последние годы отечественных и зарубежных исследований свидетельствует о высокой перспективности применения наноструктурных композиционных материалов, наноструктурных твердых сплавов для производства деталей с повышенной износостойкостью, наноструктурных защитных термо- и коррозионно-стойких покрытий, полимерных нанокомпозитов с наполнителями из наночастиц и нанотрубок, обладающих повышенной прочностью и низкой воспламеняемостью [4, 12, 23]. Важной задачей при проведении исследований и организации промышленного производства наноматериалов является неразрушающий контроль и техническая диагностика, включающие огромный спектр методов и аппаратуры.
Одним из методов исследования наноматериалов является сканирующая зондовая микроскопия. Сканирующая зондовая микроскопия - один из мощных современных методов исследования морфологии и локальных свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением. Исследование рельефа поверхности образца на сканирующих зондовых микроскопах с высоким разрешением позволяет выявить особенности, прежде всего, су б структур н ого строения. С использованием методов сканирующей зондовой микроскопии становится возможным выявлять наноструктурные дефекты, приводящие к изменению механических, прочностных свойств материала и развитию макродефектов, при определении остаточного ресурса промышленных объектов. Повышение точности исследований при использовании методов сканирующей зондовой микроскопии ведет к
фототока возникает проблема согласования фотодиода D, и входа операционного усилителя. Входные токи смещения ОУ 1см.: 1см+ должны быть меньше чем входной ток фотодиода D, для обеспечения требуемой чувствительности усилителя. Т. к. ток фотодиода лежит в пикоамперном диапазоне, следовательно, входные токи смещения ОУ 1СМ_71см+ должны быть меньше 10 пА. Также необходимо использовать операционные усилители с малым значением дрейфа входных токов смещения 1СМ.( 1СМ+. Для уменьшения влияния входных токов смещения ОУ применяется фильтр высоких частот на входе операционного усилителя, но это резко уменьшает полосу пропускания усилителя.
В зависимости от схемы включения в схеме трансимпедансного усилителя фотодиоды могут работать с нулевым смещением («фотогальванический» режим) или обратным смещением («фотодиодный» режим). Вольт-амперная характеристика фотодиода с нагрузочными прямыми представлена на рис. 1.15.
Рис. 1.15. Вольт-амперная характеристика фотодиода с нагрузочными прямыми
В «фотодиодном» режиме реализуется большая скорость переключения, но теряется линейность. Основным недостатком схемы трансимпедансного усилителя с фотодиодом в «фотодиодном» режиме (рис. 1.16 а)) является большой ТОК утечки Iyr из-за большого напряжения смещения, что приводит к увеличению шумов.