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Atomkraftmikroskop

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Das Atomkraftmikroskop ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Charakterisierung im Nanoskala, das die dreidimensionale Form der Oberfläche rekonstruiert, indem es eine sehr schwache Wirkung zwischen der Wahrnehmungssonde und der Probe wahrnimmt. Seine Vorteile liegen in der hohen Auflösung, der 3D-Bildgebungsfähigkeit und der Fähigkeit, Proben unter nahen natürlichen Bedingungen (insbesondere in Flüssigkeiten) zu untersuchen, was es zu "Augen" und "Händen" in den Bereichen Materialwissenschaften, Biowissenschaften und Nanotechnologie macht.

Produktdetails

Was ist ein Atomkraftmikroskop?

Das Atomkraftmikroskop ist ein ultrahochauflösendes Scansondenmikroskop mit einer Auflösung auf Nano- oder sogar Atomabereich. Sein Kernprinzip ist einfach: Durch eine sehr feine Sonde, die die Probenoberfläche sanft "berührt" oder scannt, wird die dreidimensionale Form und die physikalischen Eigenschaften der Probenoberfläche wahrgenommen.

Am erstaunlichsten ist, dass AFM nicht im Vakuum wie ein Elektronenmikroskop arbeiten muss, es kann in der Atmosphäre, in flüssigen Umgebungen und sogar im Vakuum arbeiten. Dies ermöglicht es, Proben von Biomolekülen wie Proteinen, DNA, lebenden Zellen usw. zu beobachten, die nicht direkt unter dem Elektronenmikroskop beobachtet werden können, was ein großer Vorteil ist.

II. Arbeitsprinzip

AFM funktioniert ähnlich wie die alten Plattenspitzen, aber mit unzähligen Größengrößen höherer Genauigkeit. Zu den Kernkomponenten gehören:

1, Mikro-Suspension-Balken: Ein sehr elastischer kleiner Suspension-Balken.

Sonde: Eine äußerst scharfe Nadelspitze am Ende des Schwingstrahls mit einem Krümmungsradius von bis zu nanometern.

Laser-Emissions- und Positionserkennungssystem: Ein Laserstrahl trifft auf die Rückseite des Schwengarms und reflektiert sich auf einen optischen Detektor mit vier Quadranten.

Pinezoelektrischer Scanner: Ein Keramikmaterial, das eine genaue Positionierung auf Nanoskala erreichen kann, das die Sonde oder Probe steuern kann, um sich in drei Richtungen X, Y und Z genau zu bewegen.

Arbeitsprozess (z.B. im Kontaktmodus):

Kontakt: Die scharfe Sonde nähert sich der Probenoberfläche allmählich an, bis sie eine schwache Wechselwirkung mit den Atomen auf der Probenoberfläche erzeugt (hauptsächlich die Van der Waal-Kraft).

2. Scannen: Der piezoelektrische Scanner führt die Sonde zur linearen Abtastung der Probenoberfläche (Rasterscan).

3, Wahrnehmungsdeformation: Wenn die Sonde auf einen Ort der Oberfläche scannt, wo es Schwingungen gibt, ändert sich die Wirkung zwischen der Nadelspitze und der Probe, was zu einer Biegung (deformation) des Mikro-Suspensionstrahls führt.

4, Detektion von Veränderungen: Die Biegung des Schwenkarmstrahls ändert die Richtung des reflektierten Laserstrahls, wodurch sich die Position des Lichtflecks auf dem Fotodetektor ändert. Diese Positionsänderung wurde genau aufgezeichnet.

Feedback-Kreislauf: Das System passt die Höhe des piezoelektrischen Scanners in Z-Richtung in Echtzeit durch einen Feedback-Kreislauf an, um die Transformation des Schwengarms (d.h. die Wirkkraft zwischen der Sonde und der Probe) konstant zu halten.

Bildgebung: Der Computer erfasst den Wert der Z-Richtungshöhe, die der Scanner an jedem Punkt (X, Y-Koordinaten) benötigt, um die Kraft konstant zu halten. Diese Daten werden kombiniert, um ein dreidimensionales Profil der Probenoberfläche zu erhalten.

3. Hauptfunktionsmodell

AFM verfügt über eine Vielzahl von Arbeitsmodi, um sich an verschiedene Proben- und Messanforderungen anzupassen, die hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt sind:

1. Kontaktmodell

Prinzip: Die Sonde ist in direktem Kontakt mit der Probenoberfläche (Abwehrmodus) und der Abstand zwischen dem Schwingbalken und der Probenoberfläche ist weniger als ein paar Nanometer unter dem Punkt Null.

Vorteile: hohe Auflösung und schnelle Scangeschwindigkeit.

Nachteile: Die Querkraft kann weiche Proben (z. B. biologische Proben) beschädigen oder bewegen.

2. Tipp-Modus

Prinzip: Um den Mikro-Suspensionstrahl in der Nähe seiner Resonanzfrequenz zu schwingen, klopft die Sonde nur kurzzeitig am Ende jedes Schwingungszyklus auf die Probenoberfläche. Feedback zur Oberflächenformation durch Erkennung von Veränderungen der Oszillationsamplitude.

Vorteile: Die stark reduzierte Querkraft ist ideal für die Beobachtung weicher, zerbrechlicher oder haftbarer Proben (z. B. biologischer, polymerischer Materialien) und gehört zu den weit verbreiteten Mustern.

Nachteile: Die Scangeschwindigkeit ist etwas langsamer als im Kontaktmodus.

3. Berührungsloser Modus

Prinzip: Die Sonde vibriert über der Probenoberfläche (in einer Entfernung von einigen bis Dutzenden Nanometern) und bildet durch die Erkennung von Veränderungen der langen Wirkungen zwischen der Probe und der Nadelspitze (z. B. Van der Waal-Kraft, statische Kraft).

Vorteile: Nahezu keine Schäden an der Probe.

Nachteile: Die geringe Auflösung erfordert in der Regel den Betrieb in einer Vakuumumgebung, um Störungen durch Luftdämpfung auszuschließen.

IV. Hauptanwendungsbereiche

Die Leistungsfähigkeit von AFM ermöglicht es, in vielen Bereichen einzusetzen:

1. Materialwissenschaften:

Beobachten Sie die Form und Struktur von Nanomaterialien wie Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhren.

Untersuchung der Oberflächenrauheit, Korngrenzen und Mängel von Metallen, Halbleitern, Keramiken und anderen Materialien.

Analyse der Phasenentscheidung von Polymerenmaterialien, der Kristallstruktur usw.

2. Lebenswissenschaften und Biologie:

Bildgebung: Sie können die Struktur von Biomolekülen wie DNA, RNA und Proteine direkt beobachten und sogar die dynamischen Veränderungen biologischer Prozesse in flüssigen Umgebungen beobachten.

Mechanische Eigenschaftsmessung: Durch Kraftkurven wird die Elastizität (Steifigkeit) lebender Zellen, die Haftfähigkeit von Bakterien, die Wechselwirkungen zwischen Proteinen usw. untersucht.

3. Nanotechnologie:

Nanomanipulation: Bewegen einzelner Atome oder Moleküle, um Nanostrukturen aufzubauen.

Nanobearbeitung: Verwenden Sie die AFM-Spitze, um die Oberfläche des Materials zu erodieren und zu oxidieren, um eine "direkte" Bearbeitung zu erreichen.

4. Halbleiterindustrie:

Messung der Leitungsbreite und -tiefe der integrierten Schaltung und Ausfallanalyse.

Überprüfung der Oberflächengüte von Halbleitergeräten.

5. Strukturelle Eigenschaften des Atomkraftmikroskops:

◆ Laserdetektionskopf und Probenscanner integriert, stabil und zuverlässig;

◆ Präzisions-Laser- und Sondenpositioniergerät, einfache und bequeme Sonden zu ersetzen und die Flecken anzupassen;

◆ Einachsantriebsprobe nähert sich der Sonde automatisch vertikal an, um den Scanbereich genau zu positionieren, so dass die Nadelspitze vertikal zum Scannen der Probe liegt;

◆ Motorsteuerung der automatischen Erkennung von Druckkeramik durch intelligente Einstiegsmethode, die Sonden und Proben schützt;
◆ Hochpräzise große Palette von piezoelektrischen Keramikscannern, die nach verschiedenen Genauigkeits- und Scanbereichsanforderungen ausgewählt werden können;

◆ Optische Positionierung des Objektivs mit 10-facher Färbungsdämmung, keine Fokussierung erforderlich, Echtzeit-Beobachtung.

6. AtomkraftmikroskopTechnische Parameter:

Grundfunktionsmodus	Kontaktmodus, Klopfmodus, F-Z Kraftkurvenmessung, RMS-Z Kurvenmessung
Optionale Arbeitsmodus	Reibung/Seitenkraft, Amplitude/Phase, Magnetismus und Statik
Probengröße	Φ≤90mm, H≤20mm
Scanbereich	XY zu 50um, Z zu 5um (optional mit XY zu 110um, Z zu 10um)
Scanauflösung	XY auf 0,2 nm, Z auf 0,05 nm
Bewegungsbereich der Probe	0 bis 20 mm
Optische Vergrößerung	10X， Optische Auflösung 1um (optional 20X, optische Auflösung 0,8um)
Scangeschwindigkeit	0.6Hz~4.34Hz， Scanwinkel 0 bis 360°
Scansteuerung	XY mit 18-Bit D/A, Z mit 16-Bit D/A
Datenabnahme	14-bit A/D、 Doppelte 16-Bit-A/D-Multiplex-Synchronisierung
Feedback-Methoden	Digitales DSP-Feedback
Feedback-Probenaufnahme	64,0 KHz
Kommunikationsschnittstelle	USB2.0/3.0
Betriebsumgebung	Betriebssysteme Windows XP/7/8/10

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