Progresso em alta resolução da microscopia de força atômica (AFM) Imaging

Temas Abordados

Introdução

De alta resolução de imagens tem sido a principal característica que atrai a atenção dos pesquisadores para microscopia eletrônica de varredura da sonda (SPM), mas ainda há uma série de questões pendentes relativas a função de microscópios de tunelamento (STM) e microscópios de força atômica (AFM) . Algumas questões relacionadas, a partir de imagens AFM das camadas alcano em grafite, serão abordados aqui.

Descrição dos Alcanos

Alcanos normais (fórmula química: C _n H _{2n +2)} são moléculas lineares com uma conformação ziguezague preferencial de-CH ₂ - grupos. Seu terminal _CH-3 grupos são ligeiramente maiores do que os seus - CH ₂ - grupos, mas mais móvel. Em condições ambientais, alcanos com n = 18 e superiores são cristais sólidos (a temperatura de fusão do C ₁₈ H ₃₈ é de 28 ° C) com correntes orientadas praticamente verticais em relação às caras maior dos cristais. Imagens de contato de modo AFM dessa superfície de um C ₃₆ H ₇₄ cristal (que é formada por grupos-CH ₃₎ revelaram o arranjo periódico destes [1] grupos.

Há muito se sabe que na superfície de grafite as moléculas de alcanos são montados em flat-estruturas lamelares deitado no qual as moléculas completamente estendidos são orientados ao longo de três direções principais de grafite (ver Figura 1). Esta ordem molecular é caracterizada por uma série de periodicidades: espaçamento 0.13nm entre átomos de carbono vizinhos, o espaçamento entre 0.25nm-CH ₂ - grupos ao longo da cadeia na conformação ziguezague, distância intercadeias 0.5Nm dentro do lamelas, ea largura lamelar - o comprimento da estendida C _n H _{2n +2} molécula. Este último varia de 2,3 nm para a C ₁₈ H _38-49,5 nm para o C ₃₉₀ H ₇₈₂ (a mais longa alcano sintetizada).

Figura 1. Esboço mostrando a ordem lamelar e molecular de alcanos normais em grafite.

Imagem de AFM Layers Alcano em Grafite

Alcano adsorbatos de grafite foram primeiramente examinados com STM [2]. Em tais experiências, uma gota de solução saturada alcano é depositado sobre uma superfície de grafite. Uma dica metálico penetra essa gota, bem como um adsorbato molecular na interface líquido-sólido, até que ele detecta uma corrente de tunelamento. Nessas condições, a dica é a digitalização sobre a camada molecular ordenado nas imediações do substrato. STM imagens de alcanos normais em grafite (como o reproduzido a partir de [3] e apresentado na Figura 2) demonstram claramente os detalhes do arranjo molecular, tais como bordas lamelar, correntes individuais dentro das lamelas, ea conformação ziguezague do cadeias alcano.

Figura imagem STM 2. C ₃₆ H de ₇₄ alcanos em grafite.

Na geração de imagens STM na interface líquido-sólido, a sonda está rodeado por alcano-saturada solução. Qualquer instabilidade da imagem e do uso de resistência gap de baixa tunneling vai causar danos mecânicos à ordem alcano, ea sonda pode gravar uma imagem do grafite subjacente. Se a distância é aumentada novamente, a ordem alcano será restaurada devido a um pool de moléculas de alcano. É praticamente impossível a obtenção de imagens de STM "seca" alcano camadas de grafite porque danos ocasionais para as camadas não é reparável.