Pyyhkäisykoetinmikroskoopin konsepti/periaate/rakenne/ominaisuudet
Pyyhkäisykoetinmikroskooppi on yhteisnimitys erilaisille uudentyyppisille anturimikroskoopeille (atomivoimamikroskooppi, sähköstaattinen voimamikroskooppi, magneettivoimamikroskooppi, pyyhkäisy-ionijohtavuusmikroskooppi, pyyhkäisevä sähkökemiallinen mikroskooppi jne.), jotka on kehitetty pyyhkäisytunnelimikroskoopin pohjalta. Se on viime vuosina kansainvälisesti kehitetty pinta-analyysilaite.
Pyyhkäisevän anturimikroskopian periaate ja rakenne
Pyyhkäisykoetinmikroskoopin perustoimintaperiaate on hyödyntää koettimen ja näytteen pinnan atomien ja molekyylien välistä vuorovaikutusta, eli muodostaa erilaisia fysikaalisia vuorovaikutuskenttiä, kun koetin ja näytteen pinta ovat lähellä nanomittakaavaa, ja saada näytteen pintamorfologia havaitsemalla vastaavat fysikaaliset suureet. Pyyhkäisyanturimikroskooppi koostuu viidestä osasta: anturista, skannerista, siirtymäanturista, ohjaimesta, tunnistusjärjestelmästä ja kuvajärjestelmästä.
Ohjain siirtää näytettä pysty- ja vaakasuunnassa skannerin läpi vakauttaakseen anturin ja näytteen välisen etäisyyden (tai fyysisen vuorovaikutuksen määrän) kiinteään arvoon; Siirrä näytettä samanaikaisesti xy vaakatasossa niin, että anturi skannaa näytteen pintaa skannausreittiä pitkin. Pyyhkäisykoetinmikroskooppi havaitsee koettimen ja näytteen välisen vuorovaikutuksen asiaankuuluvat fyysisen määrän signaalit ilmaisujärjestelmällä säilyttäen samalla vakaan etäisyyden koettimen ja näytteen välillä; Kun kyseessä ovat stabiilit vuorovaikutuksessa olevat fyysiset suureet, anturin ja näytteen välinen etäisyys havaitaan pystysiirtymäanturilla. Kuvajärjestelmä suorittaa kuvankäsittelyn näytteen pinnalla tunnistussignaalin (tai anturin ja näytteen välisen etäisyyden) perusteella.
Anturin ja käytetyn näytteen välisten eri fyysisten vuorovaikutuskenttien mukaan pyyhkäisykoetinmikroskoopit jaetaan eri mikroskooppisarjoihin. Pyyhkäisytunnelimikroskooppi (STM) ja atomivoimamikroskopia (AFM) ovat kaksi yleisesti käytettyä pyyhkäisyanturimikroskooppia. Pyyhkäisytunnelointimikroskooppi havaitsee näytteen pintarakenteen mittaamalla tunnelointivirran anturin ja testattavan näytteen välillä. Atomivoimamikroskopia havaitsee näytteen pinnan havaitsemalla neulan kärjen ja näytteen välisen vuorovaikutusvoiman aiheuttaman mikroulokkeen muodonmuutoksen käyttämällä valosähköistä siirtymäanturia, joka voi olla joko houkutteleva tai hylkivä.
Pyyhkäisyanturimikroskopian ominaisuudet
Pyyhkäisyanturimikroskooppi on kolmas mikroskoopin tyyppi, joka tarkkailee aineen rakennetta atomimittakaavassa kenttäionimikroskopian ja korkearesoluutioisen transmissioelektronimikroskoopin lisäksi. Esimerkkinä pyyhkäisytunnelimikroskoopin (STM) avulla sen lateraalinen resoluutio on 0.1-0,2 nm ja pituussuuntainen syvyysresoluutio 0,01 nm. Tämä resoluutio mahdollistaa yksittäisten atomien tai molekyylien selkeän havainnoinnin näytteen pinnalle. Sillä välin pyyhkäisyanturimikroskopiaa voidaan käyttää myös havainnointiin ja tutkimukseen ilmassa, muissa kaasu- tai nesteympäristöissä.
Pyyhkäisyanturimikroskoopeilla on ominaisuuksia, kuten atomiresoluutio, atomien kuljetus ja nanovalmistus. Kuitenkin eri pyyhkäisymikroskooppien erilaisista toimintaperiaatteista johtuen niillä saadut tulokset heijastavat hyvin erilaista näytteen pintainformaatiota. Pyyhkäisytunnelimikroskooppi mittaa elektronivaiheen jakautumisinformaatiota näytteen pinnalla, jolla on atomitason resoluutio, mutta joka ei silti pysty saamaan näytteen todellista rakennetta. Ja atomimikroskoopilla havaitaan atomien väliset vuorovaikutustiedot, joten se voi saada näytteen pintaatomijakauman järjestelytiedot, joka on näytteen todellinen rakenne. Toisaalta atomivoimamikroskopialla ei voi mitata teoriaan verrattavissa olevaa elektronista tilatietoa, joten molemmilla on omat vahvuutensa ja heikkoutensa.
