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| Bildbeschreibung1 = Funktionsprinzip eines Rasterkraftmikroskops (P. Harder) | | Bildbeschreibung1 = Funktionsprinzip eines Rasterkraftmikroskops (P. Harder) | ||
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Die Rasterkraftmikroskopie ist eine Methode zur Bestimmung verschiedener Oberflächeneigenschaften, meist aber der Oberflächenmorphologie mit einer Ortsauflösung bis in den sub-nm-Bereich. Sie beruht auf einer elektro-mechanischen Wechselwirkung der Kräfte zwischen einer Oberfläche und einer Abtastsonde. | Die Rasterkraftmikroskopie ist eine Methode zur Bestimmung verschiedener Oberflächeneigenschaften, meist aber der Oberflächenmorphologie mit einer Ortsauflösung bis in den sub-nm-Bereich. Sie beruht auf einer elektro-mechanischen Wechselwirkung der Kräfte zwischen einer Oberfläche und einer Abtastsonde. | ||
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==Grundprinzip== | ==Grundprinzip== | ||
Beim Rasterkraftmikroskop (engl. Atomic Force Microscope, AFM, oder Scanning Force Microscope, SFM) wird die Oberfläche einer Probe mit einer Sonde abgetastet. Dieses Rastern wird mit einem Aktuator durchgeführt, der die Sonde gegenüber einer ortsfesten Probe bewegt oder vice versa. Der Aktuator besteht aus einer piezoelektrischen Keramik, die durch Spannungsänderungen deformiert werden kann und dadurch Bewegungen im sub-nm-Bereich präzise ausführen kann. Die Sonde selbst besteht aus einem Plättchen mit einer integrierten Blattfeder (engl. Cantilever), an deren freien Ende sich eine Nadel befindet. Durch die Interaktion zwischen der Nadel und Oberfläche wird die Blattfeder ausgelenkt. Das Ausmaß der Auslenkung wird über die Ablenkung eines Laserstrahls gemessen, der von der Blattfeder reflektiert wird und von einer mehr-segmentigen Photodiode erfasst wird. Um die Auslenkung der Blattfeder beim Rastern konstant zu halten, kann die vertikale Position von Probe oder Blattfeder mit dem Piezo-Aktuator korrigiert werden, der über eine Rückkopplungsschleife gesteuert wird. | Beim Rasterkraftmikroskop (engl. Atomic Force Microscope, AFM, oder Scanning Force Microscope, SFM) wird die Oberfläche einer Probe mit einer Sonde abgetastet. Dieses Rastern wird mit einem Aktuator durchgeführt, der die Sonde gegenüber einer ortsfesten Probe bewegt oder vice versa. Der Aktuator besteht aus einer piezoelektrischen Keramik, die durch Spannungsänderungen deformiert werden kann und dadurch Bewegungen im sub-nm-Bereich präzise ausführen kann. Die Sonde selbst besteht aus einem Plättchen mit einer integrierten Blattfeder (engl. Cantilever), an deren freien Ende sich eine Nadel befindet. Durch die Interaktion zwischen der Nadel und Oberfläche wird die Blattfeder ausgelenkt. Das Ausmaß der Auslenkung wird über die Ablenkung eines Laserstrahls gemessen, der von der Blattfeder reflektiert wird und von einer mehr-segmentigen Photodiode erfasst wird. Um die Auslenkung der Blattfeder beim Rastern konstant zu halten, kann die vertikale Position von Probe oder Blattfeder mit dem Piezo-Aktuator korrigiert werden, der über eine Rückkopplungsschleife gesteuert wird. | ||
Das Ergebnis des Abtastvorgangs ist ein dreidimensionaler, quantitativ-metrischer Datensatz einer Überlagerung, bestehend aus den Oberflächenmorphologien der Probe und der Abtastsonde. Je ebener die Probeoberfläche und je spitzer die Abtastsonde, desto höher ist der Anteil der Probenoberfläche in der Bildüberlagerung und desto besser ist die Ortsauflösung des Datensatzes. Die Messung kann im Vakuum oder an Luft oder in Flüssigkeiten bei definierten Temperaturen und Drücken vorgenommen werden. Die Methode liefert keine Information über die chemische Zusammensetzung einer gegebenen Probenoberfläche. | Das Ergebnis des Abtastvorgangs ist ein dreidimensionaler, quantitativ-metrischer Datensatz einer Überlagerung, bestehend aus den Oberflächenmorphologien der Probe und der Abtastsonde. Je ebener die Probeoberfläche und je spitzer die Abtastsonde, desto höher ist der Anteil der Probenoberfläche in der Bildüberlagerung und desto besser ist die Ortsauflösung des Datensatzes. Die Messung kann im Vakuum oder an Luft oder in Flüssigkeiten bei definierten Temperaturen und Drücken vorgenommen werden. Die Methode liefert keine Information über die chemische Zusammensetzung einer gegebenen Probenoberfläche. | ||
==Funktionsweise== | ==Funktionsweise== | ||
Mit dem AFM kann auf zwei verschiedene Arten gemessen werden: | Mit dem AFM kann auf zwei verschiedene Arten gemessen werden: | ||
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==Fehlerquellen== | ==Fehlerquellen== | ||
*Kontamination bei der Probenahme oder –aufbereitung wie Staub oder Fingerabdrücke | *Kontamination bei der Probenahme oder –aufbereitung wie Staub oder Fingerabdrücke | ||
*Brechen der AFM Sonden-Spitze | *Brechen der AFM Sonden-Spitze | ||
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==Vorteile== | ==Vorteile== | ||
*Bildgebendes Verfahren mit bis zu atomarer Auflösung | *Bildgebendes Verfahren mit bis zu atomarer Auflösung | ||
*schnellere Messung bei glatten Oberflächen | *schnellere Messung bei glatten Oberflächen | ||
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==Probleme== | ==Probleme== | ||
*Nur lokale Prozesse können untersucht werden, keine Information über die Homogenität der Probe | *Nur lokale Prozesse können untersucht werden, keine Information über die Homogenität der Probe | ||
*Handhabung der AFM Sonde benötigt Routine | *Handhabung der AFM Sonde benötigt Routine | ||
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==Einsatzbereiche== | ==Einsatzbereiche== | ||
*Forschung (z.B. Biomedizin, Kristallwachstum) | *Forschung (z.B. Biomedizin, Kristallwachstum) | ||
*Industrie (z.B. Qualtitätskontrolle, Reibungsmessung) | *Industrie (z.B. Qualtitätskontrolle, Reibungsmessung) | ||
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==Lehrveranstaltungen== | ==Lehrveranstaltungen== | ||
[[Rastersondenmikroskopie (Vorlesung und Übung)]] | [[Rastersondenmikroskopie (Vorlesung und Übung)]] | ||
==Literatur== | |||
==Referenzen== | ==Referenzen== | ||
<references /> | |||
==AutorInnen== | ==AutorInnen== | ||
{{Autor|1=Philipp Harder, Frank Förster, | {{Autor|1=Philipp Harder, Frank Förster, Guntram Jordan}} | ||
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[[Kategorie:Analytik Methoden]] | [[Kategorie:Analytik Methoden]] |