Theo thời hạn Kính hiển vi thăm dò quét Có một số kính hiển vi và các phương pháp đo liên quan được sử dụng để phân tích bề mặt. Do đó, những kỹ thuật này là một phần của vật lý bề mặt và giao diện. Kính hiển vi thăm dò quét có đặc điểm là một đầu dò đo được dẫn hướng trên bề mặt ở một khoảng cách nhỏ.
Kính hiển vi thăm dò quét là gì?
Tất cả các loại kính hiển vi trong đó hình ảnh được tạo ra do sự tương tác giữa đầu dò và mẫu được gọi là kính hiển vi đầu dò quét. Điều này giúp phân biệt các phương pháp này với cả kính hiển vi ánh sáng và kính hiển vi điện tử quét. Cả thấu kính quang học và thấu kính quang điện tử đều không được sử dụng ở đây.
Với kính hiển vi đầu dò quét, bề mặt của mẫu được quét từng chút một với sự trợ giúp của đầu dò. Bằng cách này, các giá trị đo được thu được cho từng điểm riêng lẻ, sau đó được kết hợp để tạo ra một hình ảnh kỹ thuật số.
Phương pháp thăm dò quét lần đầu tiên được phát triển và trình bày vào năm 1981 bởi Rohrer và Binnig. Nó dựa trên hiệu ứng đường hầm phát sinh giữa đầu kim loại và bề mặt dẫn điện. Hiệu ứng này tạo cơ sở cho tất cả các phương pháp hiển vi đầu dò quét được phát triển sau này.
Hình dạng, loại & loại
Có nhiều loại kính hiển vi đầu dò quét khác nhau, khác nhau chủ yếu về sự tương tác giữa đầu dò và mẫu. Khởi điểm là kính hiển vi quét đường hầm, lần đầu tiên vào năm 1982 cho phép biểu diễn các bề mặt dẫn điện được phân giải nguyên tử. Trong những năm tiếp theo, nhiều phương pháp hiển vi thăm dò quét khác đã được phát triển.
Với kính hiển vi quét đường hầm, một điện áp được đặt giữa bề mặt của mẫu và đầu mẫu. Dòng điện trong đường hầm được đo giữa mẫu và đầu mút, không được phép chạm vào. Năm 1984, kính hiển vi quang học trường gần xuất hiện. Tại đây ánh sáng được truyền qua mẫu từ một đầu dò. Trong kính hiển vi lực nguyên tử, đầu dò bị lệch hướng bởi lực nguyên tử. Thường thì cái gọi là lực van der Waals được sử dụng. Độ võng của đầu dò có mối quan hệ tỉ lệ thuận với lực, được xác định theo hằng số lò xo của đầu dò.
Kính hiển vi lực nguyên tử được phát triển vào năm 1986. Ban đầu, kính hiển vi lực nguyên tử hoạt động trên cơ sở một đầu đường hầm hoạt động như một máy dò. Đầu đường hầm này xác định khoảng cách thực tế giữa bề mặt của mẫu và cảm biến. Công nghệ sử dụng điện áp đường hầm tồn tại giữa mặt sau của cảm biến và đầu dò.
Ngày nay, phương pháp này đã được thay thế phần lớn bằng nguyên tắc phát hiện, với việc phát hiện bằng cách sử dụng chùm tia laze có chức năng như một con trỏ ánh sáng. Đây còn được gọi là kính hiển vi lực laser. Ngoài ra, một kính hiển vi lực từ đã được phát triển trong đó lực từ giữa đầu dò và mẫu dùng làm cơ sở để xác định các giá trị đo được.
Năm 1986, kính hiển vi nhiệt quét cũng được phát triển, trong đó một cảm biến nhỏ có chức năng như một đầu dò quét. Ngoài ra còn có một cái gọi là kính hiển vi trường gần quét quang học, trong đó sự tương tác giữa đầu dò và mẫu bao gồm các sóng phát sáng.
Cấu trúc & chức năng
Về nguyên tắc, tất cả các loại kính hiển vi đầu dò quét đều có điểm chung là quét bề mặt mẫu theo dạng lưới. Tương tác giữa đầu dò của kính hiển vi và bề mặt của mẫu được sử dụng. Sự tương tác này khác nhau tùy thuộc vào loại kính hiển vi đầu dò quét. Đầu dò rất lớn so với mẫu đang được kiểm tra, nhưng nó có thể xác định các đặc điểm bề mặt nhỏ của mẫu. Nguyên tử đầu tiên ở đầu của thiết bị thăm dò có liên quan đặc biệt ở điểm này.
Với sự trợ giúp của kính hiển vi đầu dò quét, có thể có độ phân giải lên đến 10 picometers. Để so sánh: kích thước của nguyên tử nằm trong khoảng 100 picometers. Độ chính xác của kính hiển vi ánh sáng bị giới hạn bởi bước sóng của ánh sáng. Vì lý do này, chỉ có thể có độ phân giải khoảng 200 đến 300 nanomet với loại kính hiển vi này. Điều này tương ứng với khoảng một nửa bước sóng ánh sáng. Do đó, chùm tia điện tử được sử dụng thay cho ánh sáng trong kính hiển vi điện tử quét. Bằng cách tăng năng lượng, về lý thuyết, bước sóng có thể ngắn như mong muốn. Tuy nhiên, bước sóng quá nhỏ sẽ phá hủy mẫu.
Lợi ích y tế & sức khỏe
Với sự trợ giúp của kính hiển vi đầu dò quét, không chỉ có thể quét bề mặt của mẫu. Thay vào đó, các nguyên tử riêng lẻ cũng có thể được loại bỏ khỏi mẫu và lắng đọng lại tại một vị trí xác định.
Từ đầu những năm 1980, sự phát triển của kính hiển vi đầu dò quét đã phát triển nhanh chóng. Các khả năng mới để cải thiện độ phân giải nhỏ hơn micromet là điều kiện tiên quyết cần thiết cho những tiến bộ trong khoa học nano và công nghệ nano. Sự phát triển này đặc biệt xảy ra từ những năm 1990.
Dựa trên các phương pháp cơ bản của kính hiển vi đầu dò quét, nhiều phương pháp phụ khác ngày nay được chia ra. Chúng tận dụng các dạng tương tác khác nhau giữa đầu dò và bề mặt mẫu.
Kính hiển vi thăm dò quét đóng một vai trò thiết yếu trong các lĩnh vực nghiên cứu như hóa học nano, sinh học nano, hóa sinh nano và nanomedicine. Kính hiển vi thăm dò quét thậm chí còn được sử dụng để khám phá các hành tinh khác như sao Hỏa.
Kính hiển vi thăm dò quét sử dụng một kỹ thuật định vị đặc biệt dựa trên cái gọi là hiệu ứng piezo. Bộ máy di chuyển đầu dò được điều khiển bởi máy tính và cho phép định vị chính xác cao. Điều này cho phép các bề mặt của mẫu được quét một cách có kiểm soát và kết quả đo được kết hợp thành một màn hình có độ phân giải cực cao.
.jpg)
.jpg)
