Merhaba sevgili Mühendis Beyinler takipçileri, bu makalemde size malzeme karakterizasyonu için kullanılmakta olan taramalı uç mikroskobunu anlatacağım.
Taramalı uç mikroskobu (SPM), 1982 yılında Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından keşfedilmiştir. Keşfedildiğinden beri SPM uygulamaları ve teknik gelişmeleri artmıştır. Taramalı uç mikroskobu, yüzey ve pürüzsüzlük analizleri gibi geniş alanda 3 boyutlu olarak karakterize ederek istenilen özellikleri göstermektedir. SPM cihazının keşfi ile atomik düzeyde analiz edilecek numunenin yüzey modifikasyonlarını ve numune içeriğini anlamadan önemli bir vizyon geliştirmiştir. Genel anlamda SPM cihazı, “Taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ve Atomik kuvvet mikroskobunu (AFM)” birlikte içermektedir.
Taramalı tünelleme mikroskobu (STM) ile iletken örneklerin yüzey yapıları, molekül boyutları, atomların konumları bağımsız görüntüler ile elde edilmektedir. Numune yüzeylerinin görüntülenmesinin yanı sıra faz, elektrik iletkenliği ve manyetik alan farkları da tespit edilebilir. SPM cihazının tüm bileşenleri şekilde görülmektedir.
Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM)
STM, yüzey topografyasını mikron (µ) mertebesinden angström (Å) mertebesine görüntülenmesini sağlamaktadır. STM’de tarama işlemi, metalik bir uç ve iletken bir alt tabaka arasındaki tünel akımının algılanmasına dayanır ve bunlar çok yakın olup aslında fiziksel olarak temas halindedir. Metal uç iletken bir yüzeye yakınlaştırıldığı zaman yüzeyden tünelleme akımı yaratabilmektedir. Tünel oluşturma olasılığı uzaklığa üstel olarak bağlı olduğundan, akımın sabit kalması ve ucu yüksekliğinin ölçülmesi ile yüzeyin topografyası haritalanabilir. Basitçe çalışma prensibi resimde görüldüğü gibidir.
Atomik Kuvvet Mikroskobunu (AFM)
Yüzey topografyasını angström mertebesinde ölçen bir tekniktir. AFM probu keskin bir uca sahiptir. Keskin uca sahip bir konsol, uç ile numune üzerinde ki atomların kuvvetleri algılama prensibine dayanır. Küçük atom içi kuvvetleri kaydetmek için, konsol probu çevredeki yabancı etkenlere karşı duyarsız olmalıdır. Uç ve numune arasında ki kuvvetler konsolun hareketini etkilemektedir. Bir detektör, uç numune üzerinde taranırken konsolun sapmasını ölçer veya numune uç altında taranır. Ölçülen konsol sapmaları bir bilgisayarın bir yüzey topografyası haritası oluşturmasına izin verir. Atomik kuvvet mikroskopu üç farklı teknik ile kullanılabilir. Bunlar; iğnenin yüzeyle temasa getirildiği (CONTACT MODE), iğnenin yüzeye değmediği temassız yöntem (NON-CONTACT MODE) ve iğnenin numune yüzeyine belli frekansla uygulanarak vurma modu (TAPPING MODE). Genel uygulamalarda “Tapping Mode” tercih edilmektedir.
SPM cihazı AFM ve STM analizlerinin bir arada yapıldığı kompleks bir sistemdir. Hem AFM hem STM cihazlarından kısaca bahsetmeden SPM cihazının tanımı tam olarak olmazdı. 2 boyutlu ve 3 boyutlu analizler ile çalışmalar da etkili bir analiz sunmaktadır. Herkese iyi çalışmalar…
- (SPM), L. 4 S. P. M. (n.d.). (SPM), Lecture 4 Scanning Probe Microscopy. Retrieved from eng.utah.edu/~lzang/images/Lecture_4_SPM.pdf
- Bottomley, L. A. (1998). Scanning Probe Microscopy. Analytical Chemistry, 70(12), 425–476. doi.org/10.1021/a1980011o
- DAVID HERRES. (2016). No Title. Retrieved from testandmeasurementtips.com/basics-of-the-scanning-electron-microscope/
- Peter Eaton. (2009). AFM: Beginner’s Guide. Retrieved from afmhelp.com/index.php?option=com_content&view=article&id=51&Itemid=57
- Rebecca Howland and Lisa Benatar. (2000). A PRACTICAL GUIDE TO SCANNING PROBE MICROSCOPY.
- SALAPAKA, S. M., & SALAPAKA, M. V. (2008). Scanning Probe Microscopy. IEEE Control Systems. doi.org/10.1109/MCS.2007.914688
- EGE ÜNİVERSİTESİ Merkezi Araştırma Test ve Analiz Laboratuvarı Uygulama ve Araştırma Merkezi (MATAL) cihazlar