|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese|
LỊCH SỬ CÔNG NGHỆ, CÔNG NGHỆ, ĐỐI TƯỢNG QUA CHÚNG TÔI
Kính hiển vi quét đầu dò. Lịch sử phát minh và sản xuất
Cẩm nang / Lịch sử của công nghệ, kỹ thuật, các đối tượng xung quanh chúng ta Hướng trẻ nhất và đồng thời đầy hứa hẹn trong nghiên cứu tính chất bề mặt là quét kính hiển vi đầu dò. Kính hiển vi thăm dò có độ phân giải kỷ lục - nhỏ hơn 0,1 nm. Họ có thể đo sự tương tác giữa một bề mặt và một đầu cực nhỏ quét nó - một đầu dò - và hiển thị hình ảnh ba chiều trên màn hình máy tính.
Các phương pháp kính hiển vi thăm dò không chỉ cho phép nhìn thấy các nguyên tử và phân tử mà còn ảnh hưởng đến chúng. Trong trường hợp này, điều đặc biệt quan trọng là các vật thể có thể được nghiên cứu không nhất thiết trong chân không (thường dùng cho kính hiển vi điện tử), mà còn trong các chất khí và chất lỏng khác nhau. Kính hiển vi quét đường hầm quét đầu dò được phát minh vào năm 1981 bởi G. Binning và H. Rohrer (Mỹ), nhân viên của Trung tâm nghiên cứu IBM. Năm năm sau, họ được trao giải Nobel cho phát minh này. Binning và Rohrer đã cố gắng thiết kế một thiết bị để nghiên cứu các diện tích bề mặt nhỏ hơn 10 nm. Kết quả vượt quá mong đợi: các nhà khoa học có thể nhìn thấy các nguyên tử riêng lẻ, kích thước của chúng chỉ khoảng một nanomet. Hoạt động của kính hiển vi quét đường hầm dựa trên một hiện tượng cơ học lượng tử được gọi là hiệu ứng đường hầm. Một đầu kim loại rất mỏng - đầu dò tích điện âm - được đưa đến một khoảng cách gần với mẫu, cũng là kim loại, tích điện dương. Vào thời điểm đó, khi khoảng cách giữa chúng đạt đến một vài khoảng cách tương tác, các electron sẽ bắt đầu tự do đi qua nó - "đường hầm": một dòng điện sẽ chạy qua khe hở. Sự phụ thuộc mạnh mẽ của cường độ dòng điện xuyên hầm vào khoảng cách giữa đầu và bề mặt của mẫu là rất quan trọng đối với hoạt động của kính hiển vi. Nếu giảm khe hở chỉ 0,1 nm thì dòng điện sẽ tăng lên khoảng 10 lần. Do đó, ngay cả những bất thường về kích thước của một nguyên tử cũng gây ra những dao động đáng chú ý về cường độ dòng điện.
Để thu được hình ảnh, đầu dò quét bề mặt và hệ thống điện tử đọc dòng điện. Tùy thuộc vào cách giá trị này thay đổi, tiền boa sẽ giảm hoặc tăng. Do đó, hệ thống duy trì giá trị của hằng số hiện tại và quỹ đạo chuyển động của đầu đi theo sự giảm nhẹ của bề mặt, uốn quanh các ngọn đồi và chỗ trũng. Đầu này di chuyển một máy quét áp điện, là một bộ điều khiển làm bằng vật liệu có thể thay đổi dưới tác động của điện áp. Máy quét piezo thường có dạng ống với một số điện cực kéo dài hoặc uốn cong, di chuyển đầu dò theo các hướng khác nhau với độ chính xác đến phần nghìn nanomet. Thông tin về chuyển động của đầu được chuyển đổi thành hình ảnh của bề mặt, được xây dựng từng điểm trên màn hình. Để rõ ràng, các phần có độ cao khác nhau được sơn bằng các màu khác nhau. Lý tưởng nhất là nên có một nguyên tử bất động ở cuối đầu dò. Nếu có một số phần nhô ra ở cuối kim, hình ảnh có thể tăng gấp đôi hoặc gấp ba. Để loại bỏ khuyết điểm, kim được khắc trong axit, tạo cho nó hình dạng mong muốn. Với sự trợ giúp của kính hiển vi xuyên hầm, một số khám phá đã được thực hiện. Ví dụ, họ phát hiện ra rằng các nguyên tử trên bề mặt tinh thể được sắp xếp khác với bên trong và thường tạo thành các cấu trúc phức tạp. Với sự trợ giúp của kính hiển vi xuyên hầm, chỉ có thể nghiên cứu các vật thể dẫn điện. Tuy nhiên, nó cũng cho phép quan sát các chất điện môi mỏng ở dạng màng khi chúng được đặt trên bề mặt của vật liệu dẫn điện. Và mặc dù hiệu ứng này vẫn chưa được giải thích đầy đủ, nhưng nó đã được sử dụng thành công để nghiên cứu nhiều màng hữu cơ và các vật thể sinh học - protein, vi rút. Khả năng của kính hiển vi là rất lớn. Với sự trợ giúp của kim kính hiển vi, các bản vẽ thậm chí còn được áp dụng cho các tấm kim loại. Để làm điều này, các nguyên tử riêng biệt được sử dụng làm vật liệu "viết" - chúng được lắng đọng trên bề mặt hoặc được loại bỏ khỏi bề mặt. Do đó, vào năm 1991, các nhân viên của IBM đã viết các nguyên tử xenon lên bề mặt của một tấm niken có tên công ty của họ - IBM. Chữ "I" chỉ được tạo thành từ 9 nguyên tử và chữ "B" và "M" - mỗi chữ có 13 nguyên tử. Bước tiếp theo trong sự phát triển của kính hiển vi quét đầu dò được thực hiện vào năm 1986 bởi Binning, Kveit và Gerber. Họ đã tạo ra kính hiển vi lực nguyên tử. Nếu trong kính hiển vi xuyên hầm, vai trò quyết định được thể hiện bởi sự phụ thuộc rõ rệt của dòng điện xuyên hầm vào khoảng cách giữa đầu dò và mẫu, thì đối với kính hiển vi lực nguyên tử, sự phụ thuộc của lực tương tác giữa các vật thể vào khoảng cách giữa chúng là tầm quan trọng quyết định. Đầu dò của kính hiển vi lực nguyên tử là một tấm đàn hồi thu nhỏ - một công xôn. Hơn nữa, một trong các đầu của nó được cố định, trong khi ở đầu kia, đầu dò được hình thành từ vật liệu rắn - silicon hoặc silicon nitride. Khi di chuyển đầu dò, lực tương tác giữa các nguyên tử của nó và bề mặt không bằng phẳng của mẫu sẽ làm cong tấm. Bằng cách đạt được chuyển động như vậy của đầu dò, khi độ lệch không đổi, có thể thu được hình ảnh của mặt cắt. Chế độ hoạt động này của kính hiển vi, được gọi là chế độ tiếp xúc, cho phép đo, với độ phân giải của các phân số nanomet, không chỉ độ nhẹ mà còn cả lực ma sát, độ đàn hồi và độ nhớt của vật thể đang nghiên cứu. Quá trình quét tiếp xúc với mẫu thường dẫn đến biến dạng và phá hủy mẫu. Tác động của đầu dò lên bề mặt có thể hữu ích, ví dụ, trong sản xuất vi mạch. Tuy nhiên, đầu dò có thể dễ dàng phá vỡ màng polymer mỏng hoặc làm hỏng vi khuẩn, khiến nó chết. Để tránh điều này, công cụ đúc hẫng được đưa vào dao động cộng hưởng gần bề mặt và sự thay đổi về biên độ, tần số hoặc pha của dao động do tương tác với bề mặt được ghi lại. Phương pháp này giúp nghiên cứu các vi khuẩn sống: một kim dao động tác động lên vi khuẩn giống như một động tác xoa bóp nhẹ nhàng, không gây hại và cho phép bạn quan sát chuyển động, sự phát triển và phân chia của nó. Năm 1987, I. Martin và K. Vikrama-singh (Mỹ) đề xuất sử dụng kim siêu nhỏ nhiễm từ làm đầu dò. Kết quả là một kính hiển vi lực từ. Một kính hiển vi như vậy có thể nhìn thấy các vùng từ tính riêng lẻ trong vật liệu - các miền - có kích thước lên tới 10 nm. Nó cũng được sử dụng để ghi thông tin cực kỳ dày đặc bằng cách hình thành các miền trên bề mặt phim bằng cách sử dụng các trường của kim và nam châm vĩnh cửu. Bản ghi như vậy dày đặc hơn hàng trăm lần so với trên đĩa từ và đĩa quang hiện đại. Trên thị trường vi cơ thế giới, được điều hành bởi những gã khổng lồ như IBM, Hitachi, Gillette, Polaroid, Olympus, Joyle, Digital Instruments, Nga cũng có chỗ đứng. Tiếng nói của công ty nhỏ MDT từ Zelenograd gần Moscow ngày càng được nghe to hơn. Denis Shabratov, kỹ thuật viên trưởng, gợi ý: "Hãy sao chép lên một cái đĩa, nhỏ hơn 10 lần so với sợi tóc người, một bức vẽ trên đá do tổ tiên xa xưa của chúng ta vẽ. Dọc theo "bức vẽ" và nơi nó chạm vào, một vết bôi có kích thước bằng một nguyên tử xuất hiện. Dần dần, một con nai xuất hiện trên màn hình hiển thị, theo sau là những người cưỡi ngựa." MDT là nhà sản xuất kính hiển vi đầu dò và đầu dò duy nhất trong nước. Cô là một trong bốn nhà lãnh đạo thế giới. Sản phẩm của công ty được mua tại Mỹ, Nhật Bản, Châu Âu. Và tất cả bắt đầu với việc Denis Shabratov và Arkady Gologanov, những kỹ sư trẻ của một trong những viện Zelenograd đang gặp khủng hoảng, suy nghĩ về cách sống, đã chọn cơ chế vi mô. Không phải vô cớ mà họ coi đó là hướng đi hứa hẹn nhất. Gologanov nhớ lại: “Chúng tôi không có những tổ hợp phải cạnh tranh với các đối thủ mạnh. họ chắc chắn không tệ hơn với chúng tôi. cày nhiều hơn là đủ. Chúng tôi làm việc suốt ngày đêm, bảy ngày một tuần. Điều khó khăn nhất thậm chí không phải là tạo ra một đầu dò siêu nhỏ, mà là bán nó. Chúng tôi biết rằng sản phẩm của chúng tôi là tốt nhất trên thế giới, chúng tôi hét lên về điều đó trên Internet, chúng tôi tấn công khách hàng bằng fax, nói một cách dễ hiểu, chúng tôi đập chân mình như con ếch đó, - không cần chú ý." Khi biết rằng một trong những công ty hàng đầu trong việc sản xuất kính hiển vi, công ty Joyle của Nhật Bản, đang tìm kiếm những chiếc kim có hình dạng rất phức tạp, họ nhận ra rằng đây là cơ hội của mình. Đơn đặt hàng tiêu tốn rất nhiều sức lực và thần kinh, nhưng lại nhận được một khoản tiền nhỏ. Nhưng tiền không phải là vấn đề chính - giờ đây họ có thể lớn tiếng tuyên bố: "Joyle" nổi tiếng là khách hàng của chúng tôi. Tương tự, trong gần một năm rưỡi, MDT đã sản xuất miễn phí các đầu dò đặc biệt cho Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ. Và một tên tuổi lớn mới xuất hiện trong danh sách khách hàng. Shabratov nói: "Bây giờ, dòng đơn đặt hàng đến mức chúng tôi không còn có thể đáp ứng được tất cả mọi người. Sự gián đoạn nguồn cung, chất lượng thấp, sự thiếu trách nhiệm của các nhà thầu phụ". Sự xuất hiện của kính hiển vi quét đầu dò trùng hợp thành công với sự khởi đầu của sự phát triển nhanh chóng của công nghệ máy tính, mở ra những khả năng mới cho việc sử dụng kính hiển vi đầu dò. Năm 1998, một mẫu kính hiển vi đầu dò quét FemtoScan-001 đã được tạo ra tại Trung tâm Công nghệ Tiên tiến (Moscow), cũng được điều khiển qua Internet. Giờ đây, ở bất kỳ đâu trên thế giới, một nhà nghiên cứu đều có thể làm việc trên kính hiển vi và bất kỳ ai muốn đều có thể "nhìn" vào mô hình thu nhỏ mà không cần rời khỏi máy tính. Ngày nay, kính hiển vi như vậy chỉ được sử dụng trong nghiên cứu khoa học. Với sự giúp đỡ của họ, những khám phá giật gân nhất về di truyền học và y học đã được thực hiện, những vật liệu có đặc tính tuyệt vời được tạo ra. Tuy nhiên, một bước đột phá được mong đợi trong tương lai gần, chủ yếu là trong y học và vi điện tử. Các robot siêu nhỏ sẽ xuất hiện, vận chuyển thuốc qua các mạch máu trực tiếp đến các cơ quan bị bệnh, các siêu máy tính thu nhỏ sẽ được tạo ra. Tác giả: Musskiy S.A.
▪ La bàn
Da nhân tạo để mô phỏng cảm ứng
15.04.2024 Cát vệ sinh cho mèo Petgugu Global
15.04.2024 Sự hấp dẫn của những người đàn ông biết quan tâm
14.04.2024
▪ Tích hợp bốn kênh ULF Toshiba TCB701FNG ▪ Những người có khứu giác nhạy bén có khả năng định hướng tốt trong không gian
▪ phần trang web Mô hình hóa. Lựa chọn bài viết ▪ bài viết của Ronald Wilson Reagan. câu cách ngôn nổi tiếng ▪ bài viết Làm việc trên máy photocopy. Hướng dẫn tiêu chuẩn về bảo hộ lao động ▪ bài báo Hẹn giờ nhà bếp kỹ thuật số. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện
Trang chủ | Thư viện | bài viết | Sơ đồ trang web | Đánh giá trang web
www.diagram.com.ua |
Chúng tôi giới thiệu các bài viết thú vị razdela 
Xem các bài viết khác razdela 
Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:
Tất cả các ngôn ngữ của trang này