عوامل محیطی و رسوب گذاری

شکل 1-1 دستهبندی کلی روشها و آنالیز مواد
از روشهای شناسایی مواد، تحت عنوان آنالیز ریزساختاری آنالیز سطح و آنالیز حرارتی معرفی شدهاند. منظور از آنالیز یا شناسایی ریزساختاری، همان شناسایی میکروسکوپی است. در این حالت، شکل، اندازه و توزیع فازها بررسی میشود. باید توجه داشت که در ویژگیهای یک نمونه، نه تنها نوع فازها، بلکه شکل، اندازه و توزیع آنها نیز اثر گذار هستند. در اصل، سطح مواد جامد به خاطر ارتباط با محیط اطراف، وضعیت شیمیایی یکسانی با حجم نمونه ندارد. از طرف دیگر در بسیاری از کاربردها، سطح نمونه نقش مهمتری را بازی میکند. به عنوان مثال، در کاتالیزورها یا آسترهای ضد خوردگی، واکنش سطح با عوامل محیطی، تعیین کننده است. نکته قابل توجه دیگر، آن است که ترکیب شیمیایی در سطح با بدنه تفاوت دارد. بنابراین با تعیین آنالیز شیمیایی کل نمونه، نمیتوان در مورد آنالیز سطح قضاوت کرد آنالیز حرارتی در شناسایی فازی عمل می کنند این روشها، اطلاعات بسیار مفیدی از رفتار حرارتی مواد در اختیار پژوهشگران میگذارند. از این رو، نه تنها برای شناسایی آنها، بلکه در طراحیهای مهندسی نیز استفاده میشوند. و نیز به ویژه در رشته سرامیک کاربرد دارد و اهمیت آن به دلیل ساخت مواد جدید، روز افزون است.
1- 5 سوزنها
بسته به مد مورد استفادهی AFM و خاصیت مورد اندازهگیری از سوزنهای مختلفی استفاده میشود. زمانی که فرایند اندازهگیری مستلزم وارد کردن نیروهایی فوق العاده زیاد از جانب سوزن به سطح باشد از سوزنهای الماسی استفاده میشود. همچنین سوزنهای با روکشهای الماس گونه برای این منظور مورد استفاده قرار میگیرند. به عنوان مثال در ایجاد نانو خراشها با نیروهایی به بزرگی N سرو کار داریم (این در حالیست که در مد تماسی نیروی وارد بر سطح N میباشد) و باید از این نوع سوزنها استفاده کنیم. پارامترهای هندسی سوزن که نوع کارایی سوزن و میزان دقت نتایج بدست آمده را تعیین میکنند عبارتند از شکل، بلندی، نازکی (زاویه راس هرم فرضی منطبق بر نواحی نوک)، تیز ی (شعاع دایره فرضی منطبق بر نوک).

  • شکل 1-2 انواع شکلهای سوزن شامل نوک تخت، نوک کروی، نوک T شکل و نوک تیز
    سوزنهای T شکل برای نقشهبرداری و آشکارسازی فرورفتگیهای موجود در بخشهای دیواره مانند سطح نمونه به کار میروند. این در حالی است که سوزنهای نوک تیز این قابلیت را ندارند.
    1-6 نحوه بر هم کنش سوزن با سطح
    شکل 1-3 به طور نمادین بزرگی و تغییرات نیروی بین سوزن و سطح را در فواصل مختلف سوزن از سطح نشان میدهد. جهت فلشها نشان دهنده نزدیک شدن (رفت) یا دور شدن (برگشت) سوزن نسبت به سطح میباشد.

    شکل 1-3سمت چپ: نمایش نمادین بزرگی تغییرات نیروی بین سوزن و سطح در فواصل مختلف سوزن از سطح سمت راست: انحراف تیرک حین رفت و برگشت در نواحی مختلف فاصله از سطح (نیروی جاذبه یا دافعه).
    نکته:
    باید حین فرآیند جاروب سطحی فاصله سوزن از سطح در محدوده مناسبی باقی بماند. چرا که از یک طرف فاصله زیاد (در این نواحی نیروی جاذبه است) موجب کم شدن میزان انحراف لرزانک و کاهش نسبت سیگنال به نویز در تعیین مولفه Z مکان سطح میشود. از طرف دیگر فاصله بسیار نزدیک موجب وارد شدن نیروی زیاد به سطح میشود که علاوه بر آسیب زدن به ساختار سطح و سوزن موجب کاهش درجه تفکیک خواهد شد.
    1-7مدهای تماسی
    مطابق تعریف به ناحیهای ” ناحیه تماس ” میگویند که نیروی بین سوزن و سطح دافعه باشد. در مقایسه با مدهای دیگر نیروی وارد شده به سطح در مدهای تماسی بزرگتر است. از طرفی به دلیل تماس پیوسته سوزن با سطح حین فرآیند روبش نیروهای اصطکاک قابل توجهی (علاوه بر نیروی عمودی) به سطح و سوزن وارد میشود که موجب آسیب دیدگی سطوح حساس و کند شدن سوزن میگردد.

    شکل 1-4 مقایسه نمادین بین حالت تماسی و حالت غیرتماسی
    بر این اساس مطالعه سطوح حساس و نرم با مدهای تماسی قدرت تفکیک اندازهگیری را کاهش میدهد و بعضاً باعث بروز خطای سیستماتیک در نتایج میشود. در عین حال بیشترین قدرت تفکیک و دقت اندازهگیری با AFM مربوط به بررسی سطوح سخت با سوزنهای نازک و فوق تیز و سخت در مد تماسی میباشد.
    1-8 میکروسکوپ گمانهی روبشیSPM
    میکروسکوپ گمانهی روبشی (SPM) مانند میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) در شناسایی مواد بسیار مهم است. در رابطههای آلی و غیر آلی بکار برده شده است (مرطوب وخشک). برای مثال در صنعت نیمه رساناها، SPM برای آزمایش روش پاک سازی مادهی نیمه هادی تک بلوری، در ثبت، پوشاندن پوشش نمونه، حک کردن، رسوب گذاری نمونه با برش عمودی سطح و شکست فیلمها بکار میرود. و نیز در کشف نقص (ترک)، تحلیل شکست و کاربردهای زیست مواد بکار میرود و نیز میتواند در تصاویر سه بعدی سطح توپوگرافی نمونه زیستی محلول یا گاز محیط در یک محدودهای معیین از دما محدود شده است باشد. بر خلاف میکروسکوپ الکترونی نمونهها نیاز به روکش آلائیده شده یا منجمد ندارند. تفکیک سطح جانبی در حد nm 1بدست آمده در نمونههای زیستی انجام میشود همانند مولکولهای DΝA. جذب سطحی سلولهای زنده مشاهده شده روی زیست موادها میتوانند مشاهده بشوند. SPM قادر است غشای زیر مایع نمونه را نشان داده و فعل و انفعالات بین غشای روی سطح را بررسی کند. افزون بر این به تفکیک بالای برش عمودی (مقطع عرضی) مورفولوژی سطح و نانوساختارها نیز میپردازد. SPM با محدودههای مُجازی از ویژگیهای مواد و ترکیب سطح نقشهبرداری شده در نمونههای ناهمگن کاربرد دارد [10-7].
    1-8-1میکروسکوپهای پروبی- روبشی
    این میکروسکوپها دارای یک پروپ شبیه سوزن برای روبش (جاروب کردن) سطح نمونه میباشد که بصورت نقطه به نقطه سطح نمونه را جاروب میکند و با اندازهگیری و پردازش سیگنالها توسط رایانه تصویر سه بعدی از سطح ایجاد میکند.
    این میکروسکوپ نسبت به میکروسکوپهای الکترونی دارای مزایایی است که عبارتند از: بزرگنمایی بیشتر، قدرت تفکیک بالاتر، توانایی ایجاد تصویر سه بعدی، امکان جابجایی اتمها، عدم نیاز به خلاء.
    اساس کار این نوع میکروسکوپها استفاده از مواد پیزوالکتریک است که با اعمال ولتاژ به بلورهای پیزوالکتریک طول آن تغییر میکند این تغییر طول متناسب با جهت و اندازه میباشد که توسط سوزنی که به یک نگهدارنده به نام کانتی لیور متصل است مشخص میشود (شکل 1-5). سوزن آن نقطه به نقطه سطح را جاروب میکند و پس از پردازش سیگنالها، نتایج روی نمایشگر نشان داده میشوند در این میکروسکوپ برای نمایش سه بعدی سطح از سه میله عمود بر هم در سه جهت استفاده میشود تا تصاویر سه بعدی تشکیل شوند. در میکروسکوپهای روبشی جدید به جای استفاده از سه سوزن عمود بر هم از یک استوانه تو خالی از جنس پیزوالکتریک استفاده میکنند که سطح داخلی با لایه نازکی از یک رسانای فلزی پوشیده میشود و با تغییر ولتاژ سوزن در سه جهت جابجا میشود.

    این نوشته در مقالات و پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.