KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ VÀ ỨNG DỤNG

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

Lò xo lá: đàn hồi theo trục Z

2.1 Đầu dò và lò xo lá: thường được làm bằng Si3N4 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

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

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

V Ưu và nhược điểm

Ưu điểm

• Có thể chụp ảnh bề mặt của tất cả các loại mẫu kể cả mẫu không dẫn điện

• AFM không đòi hỏi môi trường chân không, có thể hoạt động ngay trong môi trường bình thường hoặc có thể làm việc trong cả môi trường chất lỏng

• Đồng thời AFM cũng hoạt động mà không đòi hỏi sự phá hủy hay có dòng điện nên còn rất hữu ích cho các tiêu bản sinh học Có thể chụp được cả sinh vật còn sống

Nhược điểm

•AFM quét ảnh trên một diện tích hẹp (tối đa đến 150 micromet)

•Tốc độ ghi ảnh chậm do hoạt động ở chế độ quét

•Chất lượng ảnh bị ảnh hưởng bởi quá trình trễ của bộ quét

• Mẫu có bề mặt sạch và sự chống rung

 Mô tả, phân tích, xác định đặc điểm bề mặt.

 Kiểm soát chất lượng, kiểm tra khuyết tật vật liệu.

 Đo cơ học đơn phân tử.

 Chụp bề bặt mẫu

Hình ảnh thể hiện rõ bề mặt của 1 tấm thủy tinh

 Chụp ảnh bề mặt màng mỏng

Lớp vàng dày 400 nanometer bốc hơi trên một lớp

bề mặt silicon

Đây là hình ảnh của hình cầu GaAs

đường kính trong đo được là 30

nm

 Kiểm soát chất lượng, kiểm tra khuyết tật vật liệu

Hình ảnh 2-D của đĩa ghi DVD hiển thị các liên kết của bit

 Mô tả, phân tích, xác định đặc điểm bề mặt

Ứng dụng trong công nghệ polymer

Lớp phủ polymer mềm trên cạnh của một

lưỡi dao

Bề mặt của một vật liệu polymer

ảnh chụp mẫu ở các nhiệt độ khác nhau

 Trong sinh học

Tế bào gốc C2C12 di chuyển trên bề mặt thủy tinh

Khuẩn E-coli

Máy Dimension-fastscan-bio: 1 tế bàoE-coli chụp ở kích thước quét của 3um

Click icon to add picture

Khuẩn E-coliMáy Dimension-fastscan-bio: chụp ở kích thước quét của 300 nm

Click icon to add picture

 Trong công nghệ y sinh

AND đang nối lại trên tấm Mica Chuỗi AND của phân tử protein

Thanh you for listening