Microscopia Térmica da Exploração De alta resolução (SThM) com o Microscópio Atômico da Força das XE-Séries dos Sistemas do Parque

Lista do Assunto

Fundo
Microscopia Térmica da Exploração De alta resolução (SThM) com as XE-Séries AFM
Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries
Modo de Contraste da Temperatura (TCM)
Modo de Contraste da Condutibilidade (CCM)
Imagiologia Térmica de Nanoscaled pelas XE-Séries

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Os Sistemas do Parque são o líder Atômico da tecnologia (AFM) do Microscópio da Força, fornecendo os produtos que endereçam as exigências de toda a pesquisa e aplicações industriais do nanoscale. Com um projecto original do varredor que permita a imagem lactente Verdadeira do Não-Contacto em ambientes do líquido e de ar, todos os sistemas são inteiramente - compatíveis com uma lista longa de opções inovativas e poderosas. Todos Os sistemas são fácil--uso, precisão e durabilidade projetados na mente, e fornecem seus clientes os recursos finais para o meetiong todas as necessidades presentes e futuras.

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Microscopia Térmica da Exploração De alta resolução (SThM) com as XE-Séries AFM

Tem crescido o interesse na dispersão do calor de materiais nanostructured. A XE-série que Faz A Varredura do modo Térmico da Microscopia (SThM) foi desenvolvida para sondar propriedades térmicas a nível do nanoscale. Os usos de SThM das XE-séries nanofabricated pontas de prova térmicas para conseguir definição alta inaudita e a sensibilidade espaciais e térmicas com um esquema original da detecção de sinal.

A técnica de SThM das XE-séries traça as propriedades térmicas da superfície da amostra usando uma ponta de prova térmica nanofabricated com um elemento resistive. A XE-série SThM está disponível em dois modos, na Microscopia Térmica do Contraste (TCM) e na Microscopia do Contraste da Condutibilidade Térmica (CCM). TCM permite que o usuário meça as variações da temperatura em uma superfície da amostra. CCM permitem que o usuário meça variações da condutibilidade térmica em uma superfície da amostra.

Figura 1 mostra o diagrama esquemático do sistema de SThM das XE-séries. Um “V” deu forma ao elemento resistive é montado na extremidade de um modilhão. Quando a distância entre a ponta da ponta de prova e a superfície da amostra for controlada pelo esquema usual do AFM, a ponta de prova térmica forma um pé de uma ponte de Wheatstone (Figura 1). É esta ponte de Wheatstone que os feedbacs, ajustam, e equilibra a tensão da ponte a fim medir a temperatura da ponta de prova (TCM) ou manter uma temperatura constante da ponta de prova (CCM).

Figura 1. diagrama Esquemático do sistema de SThM das XE-séries.

Uma imagem topográfica do AFM pode ser gerada das mudanças na deflexão da amplitude do modilhão. Assim, a informação topográfica pode ser separada das variações locais nas propriedades térmicas da amostra, e os dois tipos de imagens podem ser recolhidos simultaneamente.

Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries

A parte fundamental do SThM é a ponta de SThM, que serve como um termômetro de resistência (ou um calefator CCM no modo) ao mesmo tempo que uma ponta do AFM. O elemento térmico de um modilhão responde diferentemente às mudanças na condutibilidade térmica, e faz com que o modilhão deflexione. Os projectos Precedentes de SThM não podiam fornecer a suficiente definição espacial e térmica, limitada crìtica pela geometria de uma ponta de prova térmica fio-baseada, isto é fio de Wollastone. A XE-série SThM usa uma ponta de prova térmica nanofabricated onde um elemento resistive seja modelado litogràfica na ponta do AFM.

As mostras de Figura 2 (a) e 2 (b) que fazem a varredura de imagens da microscopia (SEM) de elétron de um Wollaston prendem a ponta de prova térmica e a ponta de prova térmica nanofabricated usada nas XE-séries SThM. O raio da ponta da ponta de prova nanofabricated é aproximadamente 100 nanômetro permitindo a varredura térmica de alta resolução da imagem quando aquele de uma ponta de prova do fio de Wollaston for maior do que várias centenas nanômetro.

Figura 2. As imagens de SEM (a) de uma Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries e (b) de um Wollaston prendem.

Em Figura 3 e 4, uma comparação é feita entre a Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries e uma ponta de prova do fio de Wollastone. A amostra imaged é cargos do silsesquioxane (HSQ) do hidrogênio com 1 diâmetro do µm em uma carcaça de silicone. As diferenças detalhadas na definição da condutibilidade topográfica e térmica são demonstradas claramente com a Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries que tem a definição espacial e térmica superior. Note Por Favor que tais realces dramáticos na definição e na sensibilidade estão realizados somente combinando as vantagens da ponta de prova térmica nanofabricated e da sensibilidade do modo de SThM oferecidas pelas XE-séries.

Figura 3. comparação da imagem da Topografia de cargos de HSQ do diâmetro de 1 milímetro modelado em uma carcaça de silicone (tamanho da varredura de 5 µm) que usa (a) a Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries e (b) o fio de Wollastone.

Figura 4. comparação da imagem da condutibilidade Térmica de cargos de HSQ do diâmetro de 1 milímetro modelado em uma carcaça de silicone (tamanho da varredura de 5 µm) que usa (a) a Ponta De Prova Térmica Nano de XEseries e (b) o fio de Wollastone.

Modo de Contraste da Temperatura (TCM)

No modo de TCM, o elemento resistive da Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries é usado como um termômetro de resistência. A temperatura da ponta de prova térmica muda enquanto a ponta faz a varredura da superfície de acordo com a temperatura de superfície. A Mudança da temperatura do fio conduz à mudança de sua resistência. A temperatura de uma região muito pequena pode ser medida executando uma corrente constante, referida como da “a Corrente Ponta De Prova,” com a ponta de prova e da medição da resistência segundo as indicações de Figura 5.

Figura 5. diagrama Esquemático do modo de TCM.

Primeiramente, a ponta é posta no equilíbrio térmico com a superfície da amostra e assim sua resistência é constante. Neste tempo, o resistor variável na ponte é ajustado de modo que a diferença potencial entre o ponto 1 e 2 se transforme zero. Então, a temperatura da ponta de prova muda enquanto a ponta de prova faz a varredura sobre a superfície. A mudança correspondente na resistência da ponta de prova alterará o balanço da tensão da ponte, mudando a diferença da tensão entre os pontos 1 e 2. Isto é referido como de “o erro SThM”. Este erro de SThM é usado para gerar a imagem de SThM no modo de TCM.

A corrente passada através da ponta de prova em TCM é ajustada para ser pequena bastante que nenhum auto-aquecimento da ponta de prova ocorre. (A mudança da Resistência devido ao aquecimento do auto causaria erros na medida da temperatura.) Igualmente do modo de TCM, a velocidade de exploração reage limitada antes que tomar para que a ponta alcance o equilíbrio térmico com a superfície da amostra.

Modo de Contraste da Condutibilidade (CCM)

No Modo de Contraste da Condutibilidade, (CCM) o elemento resistive da Ponta De Prova Térmica Nano das XE-séries é usado como um calefator resistive. A Suficiente energia é aplicada à ponta da ponta de prova para mantê-la em uma temperatura do grupo através de um laço de feedback. A energia exigida manter a temperatura do grupo representa a condutibilidade térmica local. O diagrama Esquemático do CCM é mostrado em Figura 6.

Figura 6. diagrama Esquemático do modo CCM.

Quando a ponta de prova caloroso, pré-ajuste em um valor muito mais alto do que uma temperatura da amostra, fizer o contacto, fluxo térmicos da ponta de prova à amostra, tendo por resultado refrigerar da ponta de prova. O feedback detecta esta SHIFT, equilibra a tensão da ponte, e restaura a resistência da ponta de prova (ou a temperatura) a seu valor de pré-ajuste. Os dados brutos do SThM das XE-séries reflectem a tensão do feedback, Vout , aplicado à ponte. Contudo, a condutibilidade térmica do espécime é proporcional ao fluxo de calor (~V)out2, quando a ponta é em contacto com uma amostra. Um método simples da calibração pode ser executado para a medida absoluta da condutibilidade térmica.

O fluxo de calor entre a ponta e o espécime sob a investigação é controlado pelos seguintes três factores;

  • Condutibilidade Térmica da amostra
  • Área de Contacto da ponta de prova
  • Diferença da Temperatura da ponta de prova e da amostra

Para a maioria das amostras as mudanças da área de contacto da ponta de prova-amostra são insignificantes e, devido a sua grande massa térmica, a amostra permanece em uma temperatura constante (a diferença da temperatura entre a ponta da ponta de prova e a amostra igualmente fica constante desde que a temperatura da ponta de prova é controlada pelo laço de feedback). Em conseqüência, as mudanças no fluxo de calor serão causadas somente por mudanças na condutibilidade térmica da amostra.

Enquanto a condutibilidade térmica da amostra varia durante a varredura, a temperatura da ponta de prova tende a mudar, contudo, a ponte de Wheatstone usa o laço do erro e de feedback de SThM para equilibrar a tensão aplicada à ponta a fim manter sua constante da temperatura, no valor de pré-ajuste.

Imagiologia Térmica de Nanoscaled pelas XE-Séries

Figura 7 mostra a imagem da topografia de alta resolução e da condutibilidade térmica 4,3 de um cargo do milímetro do diâmetro HSQ em uma carcaça de silicone pelas XE-séries SThM com Ponta De Prova Térmica Nano. A Heterogeneidade na condutibilidade térmica, devido às impurezas na composição de HSQ, é observada em contraste com uma topografia lisa. Tais definição e sensibilidade térmicas altas podem somente ser realizadas pelas XE-séries SThM.

Figura 7. (a) topografia De alta resolução de SThM e (b) imagem da condutibilidade térmica de um cargo de HSQ com diâmetro de 4,3 milímetros em uma carcaça de silicone (tamanho da varredura de 5 µm) pelo XEseries SThM com Ponta De Prova Térmica Nano.

Em Figura 8 a topografia de alta resolução e a condutibilidade térmica de cargos menores de HSQ com diâmetro de 0.2µm em uma carcaça de silicone são imaged, outra vez, usando as XE-séries SThM com Ponta De Prova Térmica Nano. Na imagem da condutibilidade térmica, uma pode igualmente observar as impurezas, que não é aparente na topografia.

Figura 8. (a) topografia De alta resolução de SThM e (b) imagem da condutibilidade térmica de cargos de HSQ com diâmetro de 0,2 milímetros em um tamanho da varredura do µm da carcaça de silicone 5) pelo XEseries SThM com Ponta De Prova Térmica Nano.

Demonstra-se evidente que a XE-série SThM tem uma definição espacial e térmica superior comparada a SThMs precedente. Abre grandes possibilidades na investigação do nanoscale de propriedades térmicas em vários materiais nanostructured.

Source: Microscopia Térmica de Varredura (SThM) - Nota de Aplicação por Sistemas do Parque

Para obter mais informações sobre desta fonte visite por favor Sistemas do Parque

Date Added: Apr 17, 2008 | Updated: Sep 19, 2013

Last Update: 19. September 2013 11:32

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