Microscopia eletrônica de varredura térmica (SThM) Usando EasyScan 2 FlexAFM de Nanosurf

Temas Abordados

Fundo
Introdução
Microscopia eletrônica de varredura térmica
Requisitos de Sistema

Fundo

Nanosurf é um fornecedor líder de easy-to-use microscópios de força atômica (AFM) e microscópios de tunelamento (STM). Nossos produtos e serviços são confiáveis ​​por profissionais de todo o mundo para ajudá-los a medir, analisar, e informações de superfície presentes em 3D. Nossos microscópios excel através do seu design compacto e elegante, o seu fácil manuseio e sua confiabilidade absoluta.

Introdução

Com o desenvolvimento das duas EasyScan FlexAFM , Nanosurf oferece uma plataforma com maior flexibilidade para os pesquisadores que necessitam de modos avançados de imagem, mantendo Nanosurf 's marca a facilidade de uso. Experiências que não eram possíveis com o anterior EasyScan sistemas são agora rotina com o FlexAFM . Ser capaz de acomodar uma seleção muito maior de cantilevers especialidade, proporcionando fácil acesso às entradas e saídas do sistema é uma das muitas vantagens que o FlexAFM oferece. Esta vantagem é demonstrada com a integração de Scanning Thermal Microscopy imagem (SThM) e locais capacidades de análise térmica que são oferecidos por Anasys Instruments.

Figura 1. Scanning Electron Microscopy (SEM) imagens de uma sonda térmica Anasys. (Esquerda) cantilever inteiro. (Direito) Ampliação da ponta.

Microscopia eletrônica de varredura térmica

Microscopia eletrônica de varredura térmica é um AFM modo de imagem que mapeia mudanças na condutividade térmica pela superfície de uma amostra. Similar a outros modos que as propriedades medida material (LFM, MFM, EFM, etc), SThM dados são adquiridos em simultâneo com dados topográficos. O modo SThM é possível através da substituição do cantilever modo padrão de contato com uma sonda térmica nanofabricated com um elemento resistivo próximo ao ápice da ponta da sonda.

Este resistor é incorporado em uma perna de um circuito de ponte Wheatstone, que permite ao sistema para monitorar a resistência. Esta resistência se correlaciona com a temperatura no final da sonda, ea ponte de Wheatstone pode ser configurado para monitorar a temperatura de uma amostra ou qualitativamente mapear a condutividade térmica da amostra. Mudanças na temperatura da amostra são muitas vezes medidos em estruturas dispositivo ativo.

Por exemplo, é possível spots imagem quente e gradientes de temperatura em dispositivos tais como cabeças de gravação magnética, diodos laser, e circuitos elétricos. Imagem condutividade térmica, entretanto, é comumente aplicado a amostras compostas ou combinadas. Neste modo, uma voltagem é aplicada à sonda e um ciclo de feedback é utilizado para manter a sonda a uma temperatura constante.

Como a sonda térmica é verificado em toda a superfície da amostra, mais ou menos energia será escoada a partir da ponta como ele verifica entre materiais diferentes. Se a região é um dos alta condutividade térmica, mais energia fluirá longe da ponta. Quando isso ocorre, o ciclo de realimentação térmica irá ajustar a tensão para a sonda para mantê-lo a uma temperatura constante. Quando a sonda se move para uma área de baixa condutividade térmica, o ciclo de feedback irá diminuir a tensão para a sonda, pois vai exigir menos energia para manter a sonda a uma temperatura constante. Ao ajustar a tensão para manter constante a temperatura da sonda, um mapa de condutividade térmica da amostra é gerada.

Figura 2: Imagem de uma amostra de fibra de carbono e epóxi. (Top) imagem Topografia. Z-range corresponde a 1,4 mM. (Inferior) SThM imagem. Z-range corresponde a 600 mV. O XY amplitude de ambas as imagens corresponde a 80 M x 90 M.

A Figura 2 mostra Topografia modo simultaneamente adquiridas imagens estáticas e SThM de uma amostra de fibra de carbono e epóxi. A amostra foi seccionadas e polidas para proporcionar uma superfície plana. Ter uma superfície lisa vai minimizar as alterações no contraste SThM que resultam de efeitos topográficos. Na imagem SThM aqui, é possível mapear a diferença de condutividade térmica das regiões epóxi e as fibras de carbono. Como esperado, as fibras de carbono são vistos como tendo uma maior condutividade térmica (luz azul) do que as regiões em torno de epóxi (roxo). Esses dados também servem para verificar a resolução sub-100-nm que se espera das sondas térmicas.

Além de adicionar as capacidades estendidas de SThM imagem, também é possível adquirir informações locais termo-mecânica quantitativa com sub-100 nm de resolução. Isso é possível com a opção de nano-TA Instruments oferecidos pela Anasys. Uma vez que uma área de interesse térmica foi identificado utilizando imagens Topografia padrão com a sonda térmica, é possível, então, colocar a sonda em um ponto específico para medir propriedades térmicas locais.

Esta informação é obtida por linearmente ramping a temperatura da sonda nano-TA com o tempo enquanto monitora a deflexão da sonda. A resposta termo-mecânica permite ao usuário obter resultados quantitativos de temperaturas fase de transição, como ponto de fusão (T _m) e as temperaturas de transição vítrea (T _g). No ponto de estas temperaturas de transição de fase, a amostra sob a sonda vai amolecer, permitindo que a sonda para penetrar na amostra. Como visto na Figura 3, esta produz uma trama de deflexão da sonda em função da temperatura. Este avanço na resolução espacial de propriedades térmicas tem implicações significativas nas áreas de Ciência de Polímeros e Pharmaceuticals, onde a compreensão do comportamento térmico local é crucial.

Figura 3. Análise de nano-TA local de um filme de polietileno. Gráfico que mostra os resultados das medições que foram realizadas em dois locais da amostra individual (curvas azul e vermelho, respectivamente). O início da fusão ocorre a 115 ° C.

Requisitos de Sistema

O FlexAFM EasyScan com o Módulo de sinal A e ST Titular Cantilever é necessário para executar SThM imagem e / ou análise de amostras locais nano-TA (ver Figura 4). Anasys Instruments fornece hardware e software que se integram facilmente com o FlexAFM sistema.

Figura 4. Nanosurf componentes necessários para medição SThM. (Top) O Nanosurf EasyScan 2 FlexAFM cabeça de leitura. (Canto inferior esquerdo) O EasyScan 2 Sinal Módulo A. (canto inferior direito) O ST Titular FlexAFM Cantilever.

Sondas Anasys térmica são pré-montados em suportes (Figura 5, em cima) que são compatíveis com o FlexAFM ST Titular Cantilever. Nos experimentos aqui descritos, o Anasys GLA-1 e AN2-200 sondas térmicas foram utilizados. O Anasys SThM sistema (Figura 5, abaixo) inclui uma interface de software simples que controla o sistema eletrônico de análise térmica através de uma conexão USB. Esta interface é capaz de emitir um ruído de baixa e alta resolução de tensão para a sonda.

Componentes Figura 5. Anasys necessário para a medição SThM com a cabeça de leitura FlexAFM. (Top) Anasys sondas térmicas. (Bottom) Eletrônica Anasys SThM compreendendo o fornecimento de energia, controlador e caixa de CAL.

A tensão pode variar em uma ampla faixa, dependendo do tipo de sonda e da temperatura desejada da sonda (<0,1 ° C resolução). Os outros componentes no circuito de ponte são facilmente alterado se for necessário para experiências personalizadas, eo sistema inclui uma conexão de entrada para aplicar tensões AC ao sonda. A resistência da sonda é de saída em uma BNC, que é então ligado a uma entrada do usuário no EasyScan 2 Sinal Módulo A. Para SThM de imagem, a EasyScan 2 software de controle é configurado para coletar os dados de resistência na entrada do usuário 1, permitindo SThM informação a ser gravada e exibida como um gráfico na janela de imagem do software Nanosurf. Durante nano-TA experimentos, o software Anasys permite ao usuário definir os parâmetros de Nano-TA2 controller, como o aquecimento e as taxas de variação de temperatura. Normalmente, o feedback AFM é desligado durante a aquisição de nano-TA dados.

Fonte: Nanosurf

Para mais informações sobre essa fonte por favor visite Nanosurf