برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۵/۲۷ تا ۱۳۹۷/۰۶/۰۲

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۳۱,۵۸۵
  • بازدید این ماه ۱۰۱
  • بازدید امروز ۳
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۵۳۰
  • قبول شدگان ۴۸۹
  • شرکت کنندگان یکتا ۲۴۷
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۸۷
واژه نامه فناوری نانو

نانو

nano

پيشوندي به معناي يک بيليونم يا (000،000،000،1/1). در متون فناوري‌نانو، معمولا براي مشخص کردن يک واحد اندازه‌گيري برابر با 10 به توان منفي 9 متر استفاده مي‌شود.

سطح مقاله

پیشرفته 1

نویسندگان
کلمات کلیدی
امتیاز کاربران

معرفی میکروسکوپ‌های پروبی روبشی (1)

میکروسکوپ‌های پروبی روبشی (SPM) به مجموعه گسترده‌ای از تکنیک‌ها گفته می‌شود که روبش سطح توسط یک پروب با قدرت تفکیک نانویی و حتی آنگسترومی انجام شده و تصاویر توپوگرافی یا نقشه‌هایی از یک خاصیت ویژه از سطح مواد ارائه می‌شود. اختراع میکروسکوپ پروبی روبشی، باعث تأثیر شگرفی بر توسعه فناوری نانو شده و امکانات جدیدی جهت طراحی سیستم‌های نانویی ایجاد کرده است. در مجموعه مقالات میکروسکوپ‌های پروبی روبشی ضمن معرفی هر دستگاه، تاریخچه، نحوه عملکرد، کاربردها، معایب و مزایای هر روش مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1- مقدمه

امروزه اهمیت شناسایی و بررسی مواد و سیستم‌ها با استفاده از میکروسکوپ‌های پروبی روبشی، در فناوری‌های پیشرفته و تحقیقات، به عنوان یک بخش غیرقابل اجتناب مطرح است. در طی بیست سال اخیر، میکروسکوپ‌های پروبی روبشی (SPM)، از یک تکنیک ناشناخته به ابزار تحقیقاتی موفق و گسترده جهت بررسی خواص سطحی، تبدیل شده‌اند [1]. در یک نگاه، میکروسکوپ پروبی روبشی عنوان جامعی برای مجموعه گسترده‌ای از تکنیک‌هاست، که توسط یک پروب (probe - سوزن (tip))، سطح مواد را با قدرت تفکیکی تا مقیاس نانو و حتی آنگستروم، روبش (scan) می‌کند و تصاویر توپوگرافی یا نقشه‌هایی از یک خاصیت ویژه از سطح مواد ارائه می‌دهد [2].

2- تاریخچه
در سال 1981 میلادی، میکروسکوپ تونلی رویشی (STM= scanning tunneling microscope) به عنوان اولین عضو از خانواده میکروسکوپ‌های پروبی روبشی به وسیله دو تن از محققین سوئیسی به نام‌های گرد کارل بینیگ (GerdKarl Binnig) و هاینرک رورر (Heinrich Rohrer)، در آزمایشگاه تحقیقاتی زوریخ IBM، اختراع شد [2, 3]. با وجود چند اختراع نسبتاً مشابه در زمینه ساخت میکروسکوپ‌های پروبی روبشی در آن ایام، این دو دانشمند درسال 1986 جایزه نوبل فیزیک را به جهت این اختراع دریافت کردند.
در همین سال بینیگ، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را نیز با همکاری کلوین کوات (Calvin Quate) و کریستف گربر (Christoph Geber) از دانشگاه استنفورد معرفی کرد.
تولیدات تجاری SPM با میکروسکوپ‌های STM در سال 1987 میلادی و میکروسکوپ‌های AFM، در 1989 میلادی کلید خورد. به دنبال اختراع STM و سپس AFM، تلاش‌های بسیاری جهت مطالعه مورفولوژی و ساختار سطوح و فصل مشترک آن‌ها صورت گرفت [4] و در بازه کوتاهی از زمان، میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (MFM)، میکروسکوپ نیروی الکتریکی (EFM)، میکروسکوپ‌های روبشی نوری میدان نزدیک (SNOM)، به صورت پیشرفته‌تر از قبل و بسیاری دیگر از ابزارهای شناسایی با مبانی مشابه درعملکرد، تحت عنوان کلی میکروسکوپ‌های پروبی روبشی ساخته شده و به جهان علم عرضه شدند.

عنوان : میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیک(EFM)

توضیحات : یکی از اعضای خانواده میکرسکوپ پروبی روبشی، میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیکی(EFM) است که تکنیک تصویربرداری آن، تکنیک میکروسکوپی نیروی اتمی(AFM) می باشد. در EFM، نیروهای الکترواستاتیک جاذبه و دافعه به نوک پروب در حال نوسان برخورد می کنند و رفتارش را تغییر می دهند.

نمایش توضیحات فیلم


چندرسانه‌ای 1 : میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیک

با معرفی و عرضه انواع میکروسکوپ‌های پروبی روبشی، بسیاری از تصاویر شگفت‌آور علمی در جهان منتشر شد که دریچه‌ای به درون جهان مقیاس نانو گشود. با آگاهی از پتانسیل بالای این روش‌ها، محققین اقدام به توسعه تحقیقات خود و به دست آوردن اطلاعات و آگاهی بیشتر از مواد، ساختارها و مکانیزم‌های مطرح در مقیاس نانو کردند [4]. در جدول 1، رویدادهای اساسی در روند توسعه و پیشرفت میکروسکوپ‌های پروبی روبشی به اختصار بیان شده است.

جدول 1- رویدادهای اساسی در روند توسعه و پیشرفت میکروسکوپ‌های پروبی روبشی [1]
filereader.php?p1=main_59521abd81ca45746
filereader.php?p1=main_9ce6cb32b8c9c0005

3- انواع میکروسکوپ‌های پروبی روبشی
خانواده تجهیزات مبتنی بر STMها و AFMها که تحت عنوان کلی میکروسکوپ‌های پروبی روبشی (SPM) نامیده می‌شوند، به منظور کاربردهای گسترده‌ای در حیطه‌های علمی و صنعتی توسعه یافته‌اند. این میکروسکوپ‌ها شامل اول STM، دوم AFM و نیز (LFM یا FFM)، میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیکی روبشی (SEFM) [6،5]، میکروسکوپ صوتی نیروی روبشی (SFAM) (یا میکروسکوپ صوتی نیروی اتمی (AFAM) [7-12]، میکروسکوپ مغناطیسی روبشی (SMM) (یا میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (MFM) [16-13]، میکروسکوپ روبشی نوری میدان نزدیک (SNOM) [20-17]، میکروسکوپ حرارتی روبشی (SThM) [21-23]، میکروسکوپ الکتروشیمیایی روبشی (SEcM) [24]، میکروسکوپ پروبی کلوینی روبشی (SKPM) [29-25]، میکروسکوپ پتانسیل شیمیایی روبشی (SCPM) [22]، میکروسکوپ هدایت یونی روبشی (SICM) [31،30] و میکروسکوپ ظرفیتی روبشی (SCM) [25، 32-34] و ... هستند.
گاهی به گروهی از تجهیزات و دستگاه‌هایی که نیروها را اندازه می‌گیرند (همانند AFM ،FFM ،SEFM ،SFAM و SMM)، میکروسکوپ نیرویی سطحی (یا روبشی)، (SFM) نیز گفته می‌شود [34]. برخی نام‌های رایج در مطالعه میکروسکوپ‌های پروبی روبشی در جدول 2، ذکر شده‌اند.

جدول 2- برخی نام‌های رایج در مطالعه میکروسکوپ‌های پروبی روبشی [35,36]
filereader.php?p1=main_d725a3c6cdde9a5cf
filereader.php?p1=main_7843c67fb6941378f

4- مقایسه میکروسکوپ‌های پروبی روبشی با میکروسکوپ‌های مرسوم
در تکنیک میکروسکوپ‌های پروبی روبشی، مشابه سایر روش‌های آنالیز روبشی (همچون میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM))، سطح نمونه روبش می‌شود و با اندازه‌گیری و پردازش سیگنال‌های به دست آمده از نقاط مختلف سطح روبش شده، تصویر تشکیل می‌شود. قدرت تفکیک و بزرگنمایی میکروسکوپ‌های پروبی روبشی، بهتر از میکروسکوپ‌های الکترونی متداول است و امکان تهیه تصاویر سه بعدی از اتم‌ها را فراهم می‌آورد. علاوه بر تهیه تصویر، این تکنیک‌ها توانایی جابه‌جایی اتم‌ها و قابلیت بررسی طیف وسیعی از مواد سخت، نرم، رسانا، نیمه‌رسانا، نارسانا، مغناطیسی و .... را دارند.
بر خلاف اغلب میکروسکوپ‌های الکترونی متداول که به خلأ و آماده‌سازی نمونه نیاز دارند، میکروسکوپ‌های پروبی روبشی علاوه بر خلأ، در هوا یا زیر سطح مایع و با حداقل آماده‌سازی نمونه (و گاهی بدون نیاز به آماده‌سازی)، کار می‌کنند [2]. مقایسه میکروسکوپ‌های نوری، الکترونی و هم کانون با میکروسکوپ‌های پروبی روبشی در جدول 3، نشان داده شده است [35].

جدول 3- مقایسه میکروسکوپ‌های نوری، الکترونی و هم کانون با میکروسکوپ‌های پروبی روبشی [35]
filereader.php?p1=main_0b8854ad38f0a6c65

نتیجه‌گیری
میکروسکوپ‌های پروبی روبشی، به دسته‌ای از میکروسکوپ‌ها گفته می‌شود که مبتنی بر تکنیک روبش سطح مواد با استفاده از پروب و با قدرت تفکیک نانویی است. اولین عضو خانواده SPM، میکروسکوپ تونلی روبشی (STM) است. در پی توسعه و پیشرفت میکروسکوپ‌های پروبی، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ نیروی الکتروستاتیکی روبشی (SEFM)، میکروسکوپ صوتی نیروی روبشی (SFAM)، میکروسکوپ مغناطیسی روبشی (SMM)، میکروسکوپ روبشی نوری میدان نزدیک (SNOM)، میکروسکوپ حرارتی روبشی (SThM)، میکروسکوپ الکتروشیمیایی روبشی (SEcM)، میکروسکوپ پروبی کلوینی روبشی (SKPM)، میکروسکوپ پتانسیل شیمیایی روبشی (SCPM)، میکروسکوپ هدایت یونی روبشی (SICM) و میکروسکوپ ظرفیتی روبشی (SCM) و ... عرضه شدند. میکروسکوپ‌های پروبی روبشی در مقایسه با میکروسکوپ‌های الکترونی، قدرت تفکیک و بزرگنمایی بهتری دارند و همچنین نیاز به آماده‌سازی کمتری دارند. همچنین قابلیت کاربرد در محیط‌های مایع و هوا و خلأ، توانایی جابه‎جایی اتم‌ها و امکان بررسی طیف وسیعی از مواد از دیگر امتیازات این میکروسکوپ‌ها است.

در فیلم زیر به صورت خلاصه، مقدمه‌ای در رابطه با میکروسکوپ پروبی روبشی ذکر شده است.



در فیلم زیر انواع میکروسکوپ‌های پروبی روبشی و انواع میکروسکوپ‌های تونل‌زنی روبشی به طور خلاصه ذکر شده است.



در فیلم زیر درباره زیرشاخه‌های میکروسکوپ نیروی اتمی مختصراً توضیحاتی ارائه شده است.

 

منابـــع و مراجــــع

V. L. Mironov ,"Fundamentals of scanning probe microscopy", (2004).

E. Meyer, H. J. Hug, R. Bennewitz, "Scanning Probe Microscopy The Lab on a Tip", USA, Springer, (2003).

Bharat Bhushan, "Springer Handbook of Nanotechnology", USA, Springer, (2004).

http://edu.nano.ir/index.php/articles/show/81.

A. Burnham, D.D. Domiguez, R.L. Mowery, R.J. Colton, Probing the surface forces of monolayer films with an atomic force microscope, Phys. Rev. Lett. 64, 1931–1934 (1990).

O. Marti, B. Drake, P.K. Hansma, Atomic force microscopy of liquid-covered surfaces: atomic resolution images, Appl. Phys. Lett. 51, 484–486 (1987(-

B. Drake, C.B. Prater, A.L. Weisenhorn, S.A.C. Gould, T.R. Albrecht, C.F. Quate, D.S. Cannell, H.G. Hansma, P.K. Hansma, Imaging crystals, polymers and processes in water with the atomic force microscope, Science 243, 1586–1589 (1989).

M. Binggeli, R. Christoph, H.E. Hintermann, J. Colchero, O. Marti, Friction force measurements on potential controlled graphite in an electrolytic environment, Nanotechnology 4, 59–63 (1993).

G.Meyer, N.M. Amer, Novel optical approach to atomic force microscopy, Appl. Phys. Lett. 53, 1045–1047 (1988).

J.H. Coombs, J.B. Pethica, Properties of vacuum tunneling currents: Anomalous barrier heights, IBM J. Res. Dev. 30, 455–459 (1986).

M.D. Kirk, T. Albrecht, C.F. Quate, Low-temperature atomic force microscopy, Rev. Sci. Instrum. 59, 833–835 (1988).

F.J. Giessibl, C. Gerber, G. Binnig, A low-temperature atomic force/scanning tunnelingmicroscope for ultrahigh vacuum, J. Vac. Sci. Technol. B 9, 984–988 (1991).

T.R. Albrecht, P. Grutter, D. Rugar, D.P.E. Smith, Low temperature force microscope with all-fiber interferometer, Ultramicroscopy 42–44, 1638–1646 (1992).

H.J. Hug, A. Moser, T. Jung, O. Fritz, A. Wadas, I. Parashikor, H.J. Guntherodt, Low temperature magnetic force microscopy, Rev. Sci. Instrum. 64, 2920–2925 (1993).

C. Basire, D.A. Ivanov, Evolution of the lamellar structure during crystallization of a semicrystalline-amorphous polymer blend: Time-resolved hot-stage SPM study, Phys. Rev. Lett. 85, 5587–5590 (2000).

H. Liu, B. Bhushan, Investigation of nanotribological properties of self-assembled monolayers with alkyl and biphenyl spacer chains, Ultramicroscopy 91, 185–202 (2002).

J. Foster, J. Frommer, Imaging of liquid crystal using a tunneling microscope, Nature 333, 542–547 (1988).

D. Smith, J. Horber, G. Binnig, H. Nejoh, Structure, registry and imaging mechanism of alkylcyanobiphenyl molecules by tunnelling microscopy, Nature 344, 641–644 (1990).

Y. Andoh, S. Oguchi, R. Kaneko, T. Miyamoto, Evaluation of very thin lubricant films, J. Phys. D 25, A71–A75 (1992).

D.W. Abraham, H.J. Mamin, E. Ganz, J. Clark, Surface modification with the scanning tunneling microscope, IBM J. Res. Dev. 30, 492–499 (1986).

R.M. Silver, E.E. Ehrichs, A.L. de Lozanne, Direct writing of submicron metallic features with a scanning tunnelling microscope, Appl. Phys. Lett. 51, 247–249 (1987).

A. Kobayashi, F. Grey, R.S. Williams, M. Ano, Formation of nanometer-scale grooves in silicon with a scanning tunneling microscope, Science 259, 1724–1726 (1993).

B. Parkinson, Layer-by-layer nanometer scale etching of two-dimensional substrates using the scanning tunneling microscopy, J. Am. Chem. Soc. 112, 7498–7502 (1990).

J.M.R. Weaver, D.W. Abraham, High resolution atomic force microscopy potentiometry, J. Vac. Sci. Technol. B 9, 1559–1561 (1991).

J. Bardeen: 'Tunneling from a many-body point of view', Phys. Rev. Lett. 6, 57(1960).

I. Giaever, Energy gap in superconductors measured by electron tunneling, Phys. Rev. Lett. 5, 147–148 (1960).

P.K. Hansma, J. Tersoff, Scanning tunneling microscopy, J. Appl. Phys. 61, R1–R23 (1987).

D. Sarid, V. Elings, Review of scanning force microscopy, J. Vac. Sci. Technol. B 9, 431–437 (1991).

U. Durig, O. Zuger, A. Stalder, Interaction force detection in scanning probe microscopy: Methods and applications, J. Appl. Phys. 72, 1778–1797 (1992).

J. Frommer, Scanning tunneling microscopy and atomic force microscopy in organic chemistry, Angew. Chem. Int. Ed. 31, 1298–1328 (1992).

H.J. Guntherodt, R. Wiesendanger (Eds.), Scanning Tunneling Microscopy I: General Principles and Applications to Clean and Adsorbate-Covered Surfaces (Springer, Berlin, Heidelberg 1992).

R. Wiesendanger, H.J. Guntherodt (Eds.), Scanning Tunneling Microscopy II: Further Applications and Related Scanning Techniques (Springer, Berlin, Heidelberg 1992).

D.A. Bonnell (Ed.), Scanning Tunneling Microscopy and Spectroscopy – Theory, Techniques, and Applications (VCH, New York 1993).

O. Marti, M. Amrein (Eds.), STM and SFM in Biology (Academic, San Diego 1993).

B. Bhushan, G.S. Blackman, Atomic force microscopy of magnetic rigid disks and sliders and its applications to tribology, ASME J. Tribol. 113, 452–458 (1991).

J. Stroscio, W.J. Kaiser (Eds.),"Scanning Tunneling Microscopy", Academic Press, (1993).

علیرضا ذوالفقاری، محمد الماسی، پیروز مرعشی، مهرداد نجبا، امید سیفی، "میکروسکوپ پروبی روبشی آزمایشگاهی روی نوک سوزن" ،تهران، پیک نور، (1385).

http://www.natsyco.com/.

نظرات و سوالات

نظرات

2 -2

مریم غفاری - ‏۱۳۹۳/۰۲/۲۳

دسترسی به رفرنس ها چگونه می باشد؟

پاسخ مسئول سایت :
سلام
منابعی که مقاله ها بر اساس آن ها نوشته شده اند در انتهای هر مقاله قید شده است و در حال حاضر امکان قرار دادن خود منابع در سایت وجود ندارد.

موفق باشید.
2 -2

لیلا صیدمرادی - ‏۱۳۹۲/۱۰/۲۴

با عرض سلام و ادب،

اینجانب به عنوان یکی از کاربران سایت آموزش ازتلاش و زحمات ارزشمند و صادقانه شما درزمینه آموزش فناوری نانو کمال تشکر و قدردانی را دارم. مطالب سایت برای من مفید و کارامد بوده و من روزی یک جلسه از مطالب را مطالعه می کنم.

امید آنکه درسایه الطاف خداوند منان همواره سلامت، شاد و موفق باشید.