تکنيکهاي تصويربرداري در نانوتکنولوژي                     
1/25/2014--متفرقه
 
 

 

در مهندسي نانو، چگونگي نشست هر لايه اتم بايد كنترل شود، چون درستي ساختار هر لايه اتم شديداً وابسته به جزئيات ترتيب اتم هاي سطحي است كه روي آن نشسته اند، بنابراين بايد بتوان ترتيب اتم ها يا ساختار سطح را ديد، بدين منظور نياز به گروه جداگانه اي از دستگاه هاي تشخيص دهنده داريم كه بتوان به وسيله آنها ترتيب دوبعدي اتم ها را در خارجي ترين لايه اتم هاي ماده و حتي ساختار توده اي سه بعدي اتم ها را تشخيص داد. ميكروسكوپ هاي كاوشگر (1SPM) از اين دسته دستگاه هاي تشخيص دهنده مي باشند. SPMها اغلب در هوا يا مايع و بدون آماده سازي نمونه يا با حداقل آماده سازي نمونه به كار مي روند. ميكروسكوپ نيروي اتمي (2AFM) و ميكروسكوپ تونل زننده (3STM) در گروه SPM قرار مي گيرند. هر SPM از يك پروب تيز براي اسكن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده مي كنند تا نقشه اي از سطح ايجاد كند. ساده ترين نقشه اي كه SPM به وجود مي آورد نقشه سه بعدي سطح است. در اين مقاله جزئيات بيشتري در اين دو مورد بيان خواهد شد.

 

 


اين مقاله در مجله فرايند خزر انجمن مهند سي شيمي (سال هفتم- بهار 1383) دانشکده فني و مهندسي دانشکاه مازندران به چاپ رسيده است"

1 - مقدمه:

نانوتکنولوژي زمينه هيجان انگيزي از علم وتکنولوژي است که مي تواند شانس بزرگ و بي سابقه اي را در افق ديد ما قرار دهد؛ توانايي چيدن و دوباره سازي ساختارهاي ملکولي. نانوتکنولوژي تاثير زيادي بر هرانچه که مي سازيم مي گذارد.ساختن هر چيز به غير از مرتب کردن اتم ها نيست، اگر بتوانيم اتم ها را با دقت بيشتر، هزينه کمتر وانعطاف بيشتر در کنار هم قرار دهيم آنگاه تمام محصولاتي را که در دنياي کنوني توليد مي کنيم ، تغيير اساسي خواهند کرد. بعنوان مثال مي توان دستگاهها و وسايل جراحي را در اندازه و دقت ملکولي توليد کرد بطوري که قادر باشند وارد سلول شوند، جايي که بيشتر بيماريها از آنجا منشاء مي گيرند.

پايه اين زمينه هيجان انگيز يک حقيقت بسيار ساده است: اتمها مي توانند در بي نهايت حالت مختلف چيده شوند، درحال حاضر ما فقط در صد بسيار کوچکي از آنچه که احتمال دارد را مي توانيم بسازيم.

اگر بتوانيم 100 اتم را در يک نانومتر مکعب قرار دهيم و هر اتم بتواند جزئي از صد قسمت باشدآنگاه در حدود 100 100 راه متفاوت براي چيدن اتم ها در يک نانومتر مکعب خواهيم داشت.يک ميکرون مکعب چنين احتمالي را به 100 100000000000 گسترش مي دهد.

نانوتکنولوژي راه حلهاي جديدي براي تغيير شکل سيستم هاي طبيعي ارائه مي کند و مي تواند زمينه وسيع تکنولوژيکي براي کاربرد در بعضي حوزه ها مانند فرآيندهاي بيوزيستي در صنعت و پزشکي ملکولي (مثلاً براي تشخيص و معالجه بيماري ها،پيوند اعضاي بدن ، جراحي نانومقياس، ساخت دارو وانتقال دارو به هدف ) ، رسيدگي به تاثيرات محيط زيستي نانوساختارها(مانند غلبه بر آلودگيهاي زيست محيطي توسط نانو فيلترها ) ، بهبود سيستم هاي کشاورزي وغذايي(مانند افزايش محصولات کشاورزي ، محصولات جديد غذايي ، نگهداري غذا) ، محصولات جديد شيميايي و پتروشيميايي (مانند ساخت کريستالهاي جديد، نانو پليمرها) را فراهم کند.

در مهندسي نانو،چگونگي نشست هر لايه اتم بايد کنترل شود، چون درستي ساختار هر لايه اتم شديداً وابسته به جزئيات ترتيب اتم هاي سطحي است که روي آن نشسته اند. بنابراين بايد بتوان ترتيب اتم ها يا ساختار سطح را ديد. بدين منظور نياز به گروه جداگانه اي از دستگاههاي تشخيص دهنده داريم که بتوان به وسيله آنها ترتيب دو بعدي اتم ها را در خارجي ترين لايه اتم هاي ماده وحتي ساختار توده اي سه بعدي اتم ها را تشخيص داد.ميکروسکوپهاي کاوشگر ( SPM  ) از اين دسته دستگاههاي تشخيص دهنده مي باشند. SPM عبارتي کلي براي کليه تکنيکهايي است که ماده را در مقياس ميکروني تا کمتر از آنگستروم اسکن مي کنند. برخلاف ميکروسکوپهاي الکتروني که به خلاء وآماده سازي نمونه احتياج دارند، SPM ها اغلب در هوا يا مايع وبدون آماده سازي نمونه يا با حداقل آماده سازي نمونه به کار مي روند.

ميکروسکوپ نيروي اتمي( AFM nbsp;) وميکروسکوپ تونل زننده ( STM ) در گروه SPM قرار مي گيرند.هر SPM از يک پروب تيز براي اسکن سطح نمونه به صورت نقطه به نقطه و خط به خط استفاده مي کند تا نقشه اي از سطح ايجاد کند. ساده ترين نقشه اي که SPM به وجود مي آورد نقشه سه بعدي سطح است.

2- ميکروسکوپ نيروي اتمي

ميکروسکوپ نيروي اتمي يکي از دهها ميکروسکوپ بررسي کننده دقيق است که توسط کواتو باينينگ در سال 1986 ساخته شد.اين نوع ميکروسکوپها با اندازه گيري خواص موضعي مثل ارتفاع، جذب نور يا مغناطيسس با پروب يا نوک بسيار نزديک به نمونه کار مي کنند.

فاصله کم نمونه- پروب (به منظور وضوح دستگاه)امکان اندازه گيري را روي کل يک سطح کوچک هموار مي سازد وعکسهاي حاصل روي يک صفحه نمايشگر نمايان مي شوند. برخلاف ميکروسکوپهاي سنتي سيستم هاي پروب - اسکن از لنز استفاده نمي کنند. AFM (شکل 1) براساس اندازه گيري ميزان جذب يا دفع نيروها بين نمونه و تيپ کار مي کند.

در حالت «تماس دفعي » دستگاه به آرامي تيپ موجود در انتهاي فنر فلزي يا ديرک را با نمونه تماس مي دهد،همچنان که دسته اسکن کننده  نوک را روي نمونه مي کشد ، يک نوع دستگاه آشکارسازانحراف عمودي ديرک را اندازه مي گيرند، که به اين ترتيب ارتفاع موضعي نمونه مشخص مي شود. شکل 1: مفهوم AFM وپايه نوري 12 . (چپ ) ديرک نمونه را لمس مي کند،(راست) پايه نوري ؛ اسکنر بنابراين در حالت تماس ، A FM نيروهاي بين نمونه و نوک را اندازه مي گيرد.

<<مقاله قبلی   مقاله بعدی>>
کاربرد نانوساختارهاي کربني در ساخت ادوات گسيل الکتروني...   محاسبات کوانتومي: كيوبيت‌ها...