Многопараметрическая методика атомно-силовой микроскопии в физико-химических исследованиях микро- и нанообъектов

• Автор: Молчанов, Сергей Петрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Современное состояние методов атомносиловой

микроскопии обзор литературы

1.1. Сканирующая атомносиловая микроскопия

1.1.1. Принцип работы атомносилового микроскопа

1.1.2. Режимы сканирования АСМ

1.2. Атомносиловая спектроскопия и ее приложения

Глава 2. Методы исследования

2.1. Многопараметрическая методика АСМ

2.1.1. Траектория сканирования
2.1.2. Регистрация данных
2.1.3. Обработка данных и формирование изображений
2.1.4. Измеряемые параметры
2.1.5. Определяемые параметры
2.2. Сканирующий атомносиловой микроскоп спектроскоп
2.2.1. Механическая часть АСМС
2.2.2. Электронная система управления АСМС
2.2.3. Программное обеспечение и методика работы
2.3. Другие методы исследования
2.3.1. Сканирующая электронная микроскопия, электроннозондовый рентгеноспектральный микроанализ
2.3.2. Просвечивающая электронная микроскопия
2.3.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия
Глава 3. Адсорбированные слои воды на поверхности графита
3.1. Адсорбированные слои воды на поверхности твердых тел
3.2. Объекты и методика эксперимента
3.3. Результаты эксперимента
Содержание
3.4. Механизм формирования адсорбционных слоев воды на
графите
Глава 4. Исследования отдельных наночастиц и их ансамблей
4.1. Дендримеры
4.1.1. Объекты и методика исследования
4.1.2. Результаты измерений
4.2. Наночастицы технического углерода и диоксида кремния
Глава 5. Смеси полимеров и наполненные эластомеры
5.1. Объекты исследования
5.2. Смеси полимеров
5.3. Исследование переходных зон
5.4. Наполненные эластомеры
Глава 6. Примеры применения МПМ к изучению структур с
развитым рельефом
Выводы
Список литературы


Таким же дополнением к контактному режиму является и режим измерения электропроводности i i i. В нем измеряется величина электрического тока, проходящего через зонд ОгПИП. В режиме силовой модуляции i 6 производится механическое колебание образца по вертикали, которое возбуждается гармоническим сигналом постоянной амплитуды Г. Сканирование производится также в контактном режиме. При этом дополнительно регистрируются величина амплитуды колебаний зонда ИП, отражающая изменение деформации образца, и величина сдвига фазы ФИП, характеризующая пластичность его материала. В режиме измерения адгезии iv 7 топография тоже измеряется в контактном режиме, но после регистрации координаты точки поверхности, зонд быстро отдаляется от нее на заданное расстояние и сразу же возвращается в контакт. Регистрируется величина максимального положительного прогиба кантилевера АИП, которая соответствует силе его отрыва от поверхности. В бесконтактном режиме 8 зонд колеблется над поверхностью 0 нм с амплитудой порядка 25 нм, не касаясь поверхности и находящихся на ней объектов. Идея измерения основана на использовании зависимости суммарной жесткости системы зондобразец и, как следствие, ее резонансной частоты от градиента поверхностных сил и на использовании большой крутизны амплитудночастотных или фазовочастотных характеристик в резонансе. Колебания зонда возбуждаются модуляцией положения кантилевера гармоническим сигналом постоянной амплитуды Г вблизи его резонансной частоты. Постоянной поддерживается либо измеряемая величина амплитуды колебаний кантилевера АССИП, либо величина сдвига фазы ФССИП, а за топографию поверхности принимается траектория перемещения образца x,. Глава 1. Режим поперечных колебаний i является аналогом бесконтактного режима. В нем также положение закрепленного конца кантилевера модулируется гармоническим сигналом постоянной амплитуды, но не по нормали, а в латеральной плоскости Г. Это делает возможным регистрацию изменения молекулярных сил в плоскости образца 1АИП. В режиме электрических сил i i 9 производится гармоническая модуляция электрического потенциала на зонде Г. Вследствие переменных электрических взаимодействий зонда с поверхностью возникают механические колебания кантилевера. Регистрируемая на частоте возбуждения амплитуда колебаний пропорциональна силе взаимодействия, обусловленного электрическим потенциалом на поверхности ИП. Емкостной режим i i i обеспечивает регистрацию амплитуды вызванных таким образом колебаний на удвоенной частоте возбуждения, которая пропорциональна емкости контакта, зависящей, в свою очередь, от поляризационных свойств материала поверхности 2ИП. Последние два режима, регистрирующие величины двух составляющих электрического взаимодействия в точке расположения зонда, имеют смысл только на одинаковом расстоянии последнего от поверхности. Глава 1. При этом регистрируется амплитуда биений и поддерживается равной нулю, посредством подачи на зонд компенсирующего постоянного потенциала, который и несет информацию о поверхностном потенциале ААССЦИП. Так работает режим Кельвина i i, vi . В полуконтактпом режиме постукивающий режим, режим прерывистого контакта, резонансный режим, i зонд колеблется вблизи поверхности, касаясь ее. Идея измерения координаты поверхности заключается в ограничении амплитуды колебаний кантилевера самой поверхностью. Колебания зонда возбуждаются модуляцией положения кантилевера гармоническим сигналом постоянной амплитуды Г. Чтобы обеспечить зонду значительную энергию на преодоление сил прилипания амплитуда колебаний задается достаточно большой до 0 нм, а сами колебания производятся на резонансной частоте кантилевера. Постоянной поддерживается измеряемая величина амплитуды колебаний кантилевера, а за топографию поверхности принимается траектория перемещения образца АССИП. Режим фазовых изображений ii это дополнение к полуконтактному режиму, которое обеспечивает дополнительную регистрацию величины сдвига фазы между возбуждающими и регистрируемыми колебаниями ФИП.