KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ VÀ ỨNG DỤNG

KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ VÀ ỨNG DỤNG
Những người thực hiện:
Chu Đắc Đức
Nguyễn Quốc Hảo
Vật lý kỹ thuật k57- Đại học Bách Khoa Hà Nội
Nội dung báo cáo
I.
Lịch sử phát triển
II.
Cấu tạo
III.
Nguyên lý làm việc
IV.
Chế độ làm việc
V.
Ưu và nhược điểm
VI.
Ứng dụng
I. Lịch sử phát triển
•
Kinh hiển vi lực nguyên tử ( AFM) được phát minh vào năm 1985, được sáng chế bởi Gerd
Binnig, Calvin Quate và Christop Gerber.
•
Năm 1987, T. Albrecht đã lần đầu tiên phát triển AFM đạt độ phân giải cấp độ nguyên tử.
•
Năm 2011, AFM đã phát triển lên hệ máy mới AFM fastscan có tốc độ quét nhanh hơn và
có thể chụp được ảnh các tế bào còn sống.
Calvin Quate
Gerd Binnig và Christop Gerber
AFM đầu tiên được lưu giữ tại bảo tàng khoa học Luân Đôn
AFM ngày nay

Click icon to add picture
II. Cấu tạo
Gồm 4 bộ phận chính:

Đầu dò và lò so lá

Bộ quét

Hệ thống và xử lý thu tín hiệu

Bộ hiển thị
Lò xo lá: đàn hồi theo trục Z
2.1 Đầu dò và lò xo lá: thường được làm bằng Si
3
N
4
hoặc Si
Đầu dò: có kích thước nhỏ và mũi dò rất nhỏ

2.2 Bộ quét:
làm bằng vật liệu áp điện

Di chuyển mẫu theo trục X, Y, Z

2.3 Hệ thống thu và xử lý tín hiệu
2.4. Bộ xử lý và hiển thị hình ảnh
Hệ thống máy tính và màn hình giúp hiển thị ảnh của bề mặt mẫu
Click icon to add picture
III. Nguyên lý làm việc

- Hoạt động dựa trên tương tác lực giữa các nguyên
tử
- Khi đầu dò đến gần bề mặt mẫu, sẽ xuất hiện lực
Van Der Waals lực này sẽ làm lệch lò xo lá
Khi đầu dò quét lên bề mặt mẫu sẽ làm lo xo lá lệch theo trục
z.
Tia laser được chiếu vào mặt phản xạ của lò xo lá
•
Thông qua gương
phẳng tia laser về đến
cảm biến quang
•
Đầu dò chưa lệch tín hiệu cho ở tâm của bộ cảm biến quang.
Khi đầu dò bị lệch so với bề mặt mẫu thì sẽ tín hiệu sẽ bị lệch trên cảm biến quang
•
Tín hiệu quang chuyển đổi thành tín hiệu
điên để điều khiển phản hồi và tạo ảnh. Qua
máy tính xử lý ảnh của mẫu sẽ được hiển thị.
•
Bộ quét dịch chuyển theo X , Y => Quét
toàn bộ bề mặt mẫu. Chiều cao Z là tín hiệu
thu được từ tín hiệu phản hồi
IV. Chế độ làm việc
AFM làm việc ở 3 chế độ khác nhau:
+ Chế độ tiếp xúc
+ Chế độ không tiếp xúc
+ Chế độ gõ
4.1. Chế độ tiếp xúc
Đầu dò tiếp xúc và kéo trên bề mặt vật mẫu

Nhược điểm :
-
Dễ phá hủy bề mặt mẫu và mũi đầu dò
-
Bị ảnh hưởng bởi lớp hấp phụ trên bề mặt mẫu.
4.2 Chế độ không tiếp xúc:
Đầu dò ở 1 khoảng cách rất nhỏ so với bề mặt mẫu

Nhược điểm :

Lực hút yếu.

Đầu dò phải đặt sát bề mặt
mẫu dễ bị kéo xuống bề mặt
mẫu.

Hình ảnh có độ phân giải kém
v à dễ bị sai lệch
4.3. Chế độ gõ
Ưu điểm:
•
Tránh kéo lê đầu dò trên mặt vật mẫu.
•
Không bị ảnh hưởng bởi bề mặt mẫu
 Thường được áp dụng trong thực
tế
Đầu dò được rung trực tiếp bằng bộ dao động áp điện gắn trên lò xo lá với biên độ lớn tới 100-200 nm, và
tần số rất gần với tần số dao động riêng của lò xo lá