برترین کاربران هفتگی این مقاله

از ۱۳۹۷/۰۳/۲۶ تا ۱۳۹۷/۰۴/۰۱

هیچ کاربری در این بازه زمانی وجود ندارد

آمار مقاله
  • بازدید کل ۳,۲۳۶
  • بازدید این ماه ۱۱۹
  • بازدید امروز ۰
آمار آزمون مقاله
  • کل شرکت کنندگان ۰
  • قبول شدگان ۰
  • شرکت کنندگان یکتا ۰
  • میانگین درصد شرکت کنندگان ۰
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

ویژه المپیاد دانش‌آموزی

طرح درس

منابع پیشنهادی نهمین المپیاد دانش آموزی نانو

نویسندگان
امتیاز کاربران

میکروسکوپ الکترونی روبشی

یکی از محدودیت‌های میکروسکوپ الکترونی عبوری علاوه بر ضخامت بسیار کم نمونه، این است که الکترون‌ها به جای عبور، بازتاب یا جذب می‌شوند که باعث کاهش کیفیت تصاویر می‌شود. این محدودیت موجب ایجاد انگیزه برای توسعه میکروسکوپ‌های الکترونی که قابلیت بررسی نمونه‌های ضخیم‌تر را داشته باشند، شد. به بیان دیگر نیاز به دستگاهی با پرتو الکترونی که همانند میکروسکوپ نوری با قدرت تفکیک فضایی بالاتر کار کند، وجود دارد.
مقدمه:
یکی از محدودیت‌های میکروسکوپ الکترونی عبوری علاوه بر ضخامت بسیار کم نمونه، این است که الکترون‌ها به جای عبور، بازتاب و یا جذب می‌شوند که باعث کاهش کیفیت تصاویر می‌شود. این محدودیت موجب ایجاد انگیزه برای توسعه میکروسکوپ‌های الکترونی که قابلیت بررسی نمونه‌های ضخیم‌تر را داشته باشند، شد. به بیان دیگر نیاز به دستگاهی با پرتو الکترونی که همانند میکروسکوپ نوری با قدرت تفکیک فضایی بالاتر کار کند، وجود دارد.

1- ویژگی‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی
محدوده بزرگ‌نمایی این نوع از میکروسکوپ الکترونی بین 10 تا 500000 برابر است. این در حالی است که قدرت تفکیک آن در حد 3 تا 100 نانومتر است. البته کیفیت تصویر سطوح تخت در بزرگ‌نمایی‌کم‌تر از 300-400 برابر، به خوبی میکروسکوپ نوری نیست. هر جامد یا مایعی که فشار بخار کم دارد (کمتر از 3-10 تور) می‌تواند با استفاده از این میکروسکوپ بررسی شود. محدودیت اندازه نمونه به طراحی دستگاه مربوط می‌شود. از محدودیت‌های این دستگاه، این است که سطح مورد بررسی باید رسانا باشد. بنابراین نمونه‌های عایق با لایه نازکی از ماده رسانا مانند طلا، باید پوشانده شوند. بررسی جنس نقاط مختلف سطح و توزیع خواص سطحی از قابلیت‌های این دستگاه است و نیاز به خلاء موجب زمان‌بر شدن تهیه تصویر می‌شود.

2- ساختار و اصول کاری میکروسکوپ الکترونی روبشی
در میکروسکوپ الکترونی روبشی نیز پرتو الکترون‌ها باعث تشکیل تصویر می‌شوند، بنابراین تفنگ الکترونی از اجزای اصلی این میکروسکوپ نیز می‌باشد. پرتو الکترونی مورد نیاز برای این میکروسکوپ بین 1 تا 30 کیلو الکترون ولت در خلاء شتاب داده می‌شود و به کل نقاط سطح برخورد می‌کند، مانند آنچه در صفحه تلویزیون روی می‌دهد. در اینجا نیز مانند میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری، عدسی‌های مختلفی مانند عدسی‌های متمرکز‌کننده، عدسی‌های شیئی و چشمی وجود دارد. عدسی‌های متمرکزکننده باعث می‌شوند قطر پرتو تا حدود 2 تا 10 نانومتر کاهش پیدا کند. سیستم خلاء نیز در این‌جا مشابه میکروسکوپ الکترونی عبوری است. اما روش تشکیل تصویر و نحوه بزرگ‌نمایی کاملا متفاوت است. شکل 1 ساختار کلی میکروسکوپ الکترونی روبشی را نشان می‌دهد که مجهز به آشکارسازهای الکترون ثانویه و برگشتی هستند.

filereader.php?p1=main_4f3659a3d3cce3128
شکل 1: ساختار میکروسکوپ الکترونی روبشی

در میکروسکوپ الکترونی روبشی پس از برخورد الکترون با نمونه، الکترون‌های ثانویه، الکترون‌های برگشتی، پرتو ایکس مشخصه، نور (کاتدولومینسانس)، الکترون‌های عبوری و جریان نمونه معمولا تولید می‌شوند (شکل 2)، اما همان‌طور که قبلاً هم شرح داده شد، برای تصویر‌برداری در این میکروسکوپ‌ها بیشتر از الکترون‌های ثانویه و برگشتی استفاده می‌شود.

filereader.php?p1=main_98f13708210194c47
شکل 2: برهمکنش الکترون با نمونه
 
آشکارساز الکترون‌های ثانویه معمول‌ترین آشکارساز مورد استفاده برای تصویربرداری در این میکروسکوپ است. تصاویر بدست آمده از این الکترون‌ها تصاویر پستی بلندی‌های سطح است. این الکترون‌ها از برهمکنش پرتو الکترونی با اتم‌های نزدیک سطح نمونه نتیجه می‌شوند و انرژی کم‌تر از 50 الکترون ولت دارند. به دلیل قطر بسیار پایین پرتو الکترونی، تصویرهای میکروسکوپ الکترونی روبشی دارای عمق میدان بالایی هستند که منجر به تولید ظاهری سه بعدی برای فهم ساختار سطحی نمونه می‌شود. شکل 3 تصویر بدست آمده با استفاده از الکترون‌های ثانویه را نشان می‌دهد که نشان‌دهنده عمق میدان خوب این میکروسکوپ است.

عمق میدان:
محدوده‌ای است که شئ در آن قرار می‌گیرد و چشم تغییری در کیفیت تصویر آن تشخیص نمی‌دهد.

filereader.php?p1=main_3c59dc048e8850243filereader.php?p1=main_b6d767d2f8ed5d21a
شکل 3: (سمت راست) تصویر الکترون‌های ثانویه از گرد گل‌های مختلف شامل آفتاب‌گردان، نیلوفر، ختمی، لیلیوم و غیره و (سمت چپ) نانوسیم‌های طلا.

الکترون‌های برگشتی از عمق‌های بیشتر سطح نمونه تولید می‌شوند و اطلاعات بیشتری به همراه دارند و وضوح سطحی بالایی ایجاد می‌کنند. وضوح موجود در تصویرهای بدست آمده از الکترون‌های برگشتی بدلیل تفاوت عدد اتمی در قسمت‌های مختلف نمونه است. هسته‌های با عدد اتمی بالاتر الکترون‌های بیشتری پراکنده می‌کنند که موجب افزایش نشانه های تولید شده برای تصویربرداری است و در نتیجه موجب روشن‌تر شدن تصویر متناظر آن نقطه می‌شوند. به دلیل حساسیت بالای الکترون‌های برگشتی به عدد اتمی عناصر نمونه، تصاویر حاصل از این الکترون‌ها نشان‌دهنده تغییر ترکیب شیمیایی در نمونه است. شکل 4 مقایسه پهلو به پهلو از تصویر الکترون‌های ثانویه و تصویر الکترون‌های برگشتی برای منطقه سطحی مشابهی از آلیاژ نیکل را نشان می‌دهد.

filereader.php?p1=main_37693cfc748049e45
شکل 4: مقایسه بین الف) تصویر الکترون ثانویه و ب) تصویر الکترون برگشتی از همان سطح آلیاژ نیکل.

اطلاعات ترکیبی بیشتری از تصویر الکترون برگشتی به‌دست می‌آید.
پرتو ایکس مشخصه از دیگر نشانه‌هایی است که در اثر برخورد پرتو الکترونی اولیه با اتم‌های نمونه پدید می‌آید. برخورد الکترون می‌تواند موجب کندهشدن یک الکترون اتم هدف از مدار داخلی شود. هنگامیکه الکترونی از مدار خارجی‌تر جای خالی الکترون مدار داخلی را پر می‌کند، اختلاف انرژی دو مدار به صورت پرتو ایکس آزاد می‌شود. از آنجا که اختلاف انرژی بین مدارهای مختلف عنصرهای گوناگون کاملا شناسایی شده است، انرژی پرتوهای ایکس از مشخصه‌های اتم بوده و برای شناسایی آن اتم به کار می‌رود. جدول 1 میکروسکوپ الکترونی عبوری و روبشی را از نظر شرایط کاری با یکدیگر مقایسه کرده است. همچنین شکل 5 مسیر حرکت الکترون در میکروسکوپ‌های الکترونی را با یکدیگر مقایسه می‌کند
.

جدول 1: مقایسه بین میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری و روبشی
filereader.php?p1=main_3b477ef15efe04379

filereader.php?p1=main_8e296a067a3756337
شکل 5: مقایسه مسیر حرکت الکترون‌ها در میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری و روبشی