聯合的基本強制顯微學 & 喇曼分光學 - TERS 和駐紮在同一地點的 AFM 喇曼系統

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目錄

簡介
基本強制顯微學
喇曼分光學
下一個步驟
一個聯合的途徑的解決方法
共同局限化的 AFM 和喇曼評定
     示例一
     示例二
TERS 的一個設置: Innova 虹膜
結論
關於 Bruker

簡介

基本強制顯微學和喇曼分光學是用於得到關於範例的表面屬性的數據的兩個方法,雖然他們的各自用戶基地一般是相當不同的。 這些技術的綜合化保證它可以為各種各樣的應用使用。 此應用註解注視著兩個從兩個技術獲取的補充信息,并且得以進入對一個聯合的系統的研究員如何能受益於可用的附加信息。

基本強制顯微學

使用一個基於強制的反饋環路,在基本強制顯微學,鋒利的探測給帶來近樣本及保存在該距離。 基礎上主要反饋環路的強制在,電流、表面潛在和特定 nanomechanical 屬性可以被評定。 通過瀏覽這個範例和技巧相對和評定這些數量在分離地點以一個連續方式,所選的範例屬性的三維圖像可以被創建。 一個基本強制顯微鏡 (AFM)設置在表 1. 顯示。

1. 顯示的是 AFM 系統、技巧、光柵掃描結構和數據處理部件的最基本的部分。

喇曼分光學

電磁輻射的交往的研究與問題的叫作分光學。 最公用的種類是熒光、紅外線和喇曼。 在喇曼實驗,單色光集中於這個範例,并且檢測無彈性的分散的光。 喇曼分光儀是常用的以及一個光學顯微鏡受益於一個共焦的光學設置可能提供的高空間分辨率。 一個分散性喇曼設置的主要成份是激光照亮這個範例的,光學收集 backscattered 輻射,一條高效率激光線路拒绝補白和有入口裂縫、衍射光柵和 CCD 照相機的一臺分光儀。 一臺簡單的喇曼分光儀的一個基本的概要在表 2. 顯示。

喇曼分光儀的圖 2. 概要。 這個範例由一個單色光源照亮。 在穿過拒绝激光的補白以後它由一刺耳分散和印象在 CCD 籌碼上。

圖 3 顯示在其中一塊採取的喇曼光譜填充料一個跨被區分的部分的層沒有糖霜的動物薄脆餅乾的使用 Bruker 的 SENTERRA 喇曼顯微鏡

圖 3. 光譜 (黑色) 食品包裝多丙烯的材料和文件光譜層 (紅色)。

當這個光譜與文件數據庫比較時,可以推斷一個層是聚丙烯。 確定層的 nanomechanical 特性是不可能的。 但是,當這個範例從 SENTERRA 調用到多重狀態 8 AFM 有高峰強制開發的功能時,參數的量化例如模數和黏附力是可能的。 從 AFM 的發生的模數數據在表 4. 顯示。

在左的圖 4. 跨被區分的食品包裝材料的模數映射。 外面層是由喇曼數據確定的作為聚丙烯。 AFM 數據允許機械性能的量化。 在右邊的橫截劇情比這個矩陣的顯示在模數的下落從外面到這塊裡面層并且顯示在陳列更高的模數這塊中間層的有些微粒。

下一個步驟

獲取光學映射以及地勢和典型的基本強制顯微學信息通過使用一個適當的 AFM 技巧,是可能的。 線性和非線性技巧協助解決的分光學的一個通用設置在表 5. 顯示。 適當的 AFMs 的示例包括 Bruker 的催化劑和 Innova 各自透明和不透明的範例的。

圖 5. 線性和非線性技巧協助解決的分光學的將軍設置。

當入射光和技巧的一個適當的組合被選擇時,一個嚴格的電磁場在技巧尖頂被形成。 圖 6 向顯示由這個技巧的域改進是二倍的。 此域改進保證喇曼分光學使可行在毫微米縮放比例。

圖 6. 由技巧的域改進。

在工業製藥,多形體出現時間,是同樣化學成分,但是在不同的晶格,可以是重要的為藥物的屬性。 喇曼分光學用於學習多形性和共同的本地化與可能增加進行的這個研究生產率的幾個 AFM 技術。

聯合的途徑的解決方法

當使用一臺聯合的儀器時,不減弱二者之一的性能是重要的。 將考慮的二個典型的系數包括下列。

  1. 要保留光電探測器噪聲在 AFM 在 AFM 的低,典型的射線跳動系統在與 1mW 的大約功率的紅色運行,其次轉換為18 3x10 光子/。 因此要允許並行,必須修改分光儀的同時操作和 AFM, AFM 射線跳動系統的波長到近紅外線以便必須使用不干涉光學評定或一個非光學反饋系統例如音叉。
  2. 分光儀系統經常使用可能被喧鬧的外部風扇或水冷卻系統冷卻或者在 AFM 附近相當放熱一相當數量熱的幾激光。 這兩個作用可能負影響 AFM 性能。 從熱化風扇的噪聲可能耦合到 AFM 和結果在不穩定性在反饋環路。 溫度變化在所選的視野導致 AFM 漂移和使它非常堅韌保留這個技巧。

在結合喇曼顯微鏡和 AFM 介入的阻礙實際上使另一個實際解決方法可行。 那是被設計的航天飛機階段調用範例從一個到另一個導航以可能性登記他們到公用坐標系統。 當可以同時,使用兩臺儀器航天飛機階段也有允許的潛在的福利增加的生產率。

集成與 Horiba 的 LabRam 的解決方法 Bruker 的領先業界的維數圖標達到數據的共同本地化并且保證兩個系統高性能。

維數圖標階段穿梭這個範例在左的 AFM 題頭和在權利的喇曼目的之間。 發出這個目的紅色地點是照亮這個範例的喇曼激光在喇曼評定期間。 二個系統機械上被耦合通過使用圖標階段的準確性穿梭這個範例在 AFM 和喇曼顯微鏡之間。 圖 7 在 (a) AFM 想像和 (b) 喇曼想像的位置顯示有這個範例的聯合的儀器。

喇曼顯微鏡的維數圖標階段和光學胳膊的圖 7. 視圖。

Bruker 介紹 ScanAsyst,幾乎完全地自動化 AFM 運算,不用翻挖的性能。 下列部分討論從共同局限化的評定的有些結果。 從 Bruker 的另一個解決方法是 benchtop NEOS AFM 和在圖顯示的 SENTERRA 共焦的喇曼系統的集成設計 8 上,允許處理,不用需要的直接的範例調用這個範例在駐紮在同一地點的評定的方法之間。

圖 8。 Bruker NEOS SENTERRA AFM 喇曼分光學系統。

NEOS AFM 高度緊湊在顯微鏡被安置目的和集成到一個挺直光學顯微鏡,而 SENTERRA 是 benchtop 共焦的喇曼顯微鏡集成一個挺直光學顯微鏡。 這在 AFM 和喇曼模式下使這個系統從事和使用標準光學技術,例如 Nomarski 有差別的干涉對比 (DIC)詢問這個範例。

共同局限化的 AFM 和喇曼評定

示例一

下列部分對從共同局限化的評定的有些結果告訴。 第一顯示在金屬基體的一個環氧化合物。 使用例如,這個分析開始與區的選擇,正常 brightfield 對比。 得到 AFM 和喇曼按這個用戶選擇的順序是可能的。 圖 9 顯示這樣一個順序。 明亮域光學圖像在左邊和範例地勢顯示如獲取由 AFM 在右邊顯示。 用戶的綜合化在這個順序中間選擇了光譜在喇曼映射的區結果。

二個光譜在表 10 被採取了在點這個範例的不同的高度。 在 1004 cm 的最高的強度苯基環形振動-1 可以在這個範例的更低的地區找到,而強度與非芳香性參考行比較在 1014 cm-1 是低在這個範例的更重的部分。 在圖 9 中間的喇曼映射明顯地顯示此。 這個範例的位的取向知道與喇曼數據。 這個分子取向是不同的在這個範例的厚實和更加稀薄的區。

圖 9. AFM 喇曼與 (被留下的) 明亮域光學圖像的購買順序, (中間名) 喇曼映射和 (正確的) AFM 範例地勢圖像。

圖 10。 從範例採取的二個喇曼光譜在表 9。

示例二

多形性是材料的能力存在於超過一種晶體結構。 下列示例描述關於 Yttria 被穩定的氧化锆 polycrystals (Y-TZP) 的一個研究。 Y-TZP 是常用的在其生物力學和審美特性的牙插入物。 材料從一粒細致的粉末被銲接,并且可以被結晶以這種四邊形形式。 在圖顯示的二個光譜 11 上在範例的不同的地點得到了。 在紅色顯示的光譜的峰頂歸因於 Y-TZP。 藍色光譜明顯地顯示更多峰頂。 在查出另外的峰頂和比較他們以後與文件數據,他們被分配到兩性花階段 ZrO2

圖 11. 陶瓷範例的喇曼光譜。 當綠色曲線建議另外的階段時,出現紅色曲線顯示仅 Y-TZP

在固定 DIC 光學對比和 AFM 目的幫助下,顯示 charcteristically 另外表面形態學二個補丁程序範例的區域被識別。 使用 AFM 進一步定量坎坷到定義他們如平穩或粗礪是可能的。 平穩的區域的平均坎坷是 8.7 毫微米,而概略的區域平均為 15.7 毫微米。 NEOS AFM 的自動分析功能啟用進一步的分析。 粒度在更改可能扮演重大的作用從四邊形對兩性花。 粒度可以從 AFM 數據被提取。 圖 12 顯示一個平穩和粗礪的補丁程序的2 一個 83 个 x 83 个 um DIC 圖像和這個範例的2平穩的區的一個 10x10umAFM 圖像顯示穀物的。 這個分析產生平均粒度的 0.56 um2

圖 12。 DIC 和粒度數據。 光學圖像 () 表示在這個範例的一個平穩和粗礪的補丁程序。 AFM 數據 (正確) 平穩的區域在自動化的穀物識別和分析以後提供粒度詳細資料。

SENTERRA 喇曼顯微鏡的映射的功能,獲得顯示以前地形學地被分析的平穩和概略的區的區的映射是可能的。 一旦喇曼光譜映射獲得, SENTERRA 軟件啟用密謀一用戶所選的區的集成強度。 在本例中,從 180-184 cm 的一區-1 被選擇了,此區域顯示一個峰頂仅當前在這個兩性花階段。 通過顯示強度在適當的顏色方案,四邊形和兩性花出現時間的二維喇曼映射被生成。 映射和對應的 DIC 圖像在表 13 顯示。 使用共同局限化的 AFM,喇曼和 DIC 顯微學啟用了這個進程的研究在毫微米縮放比例。

圖 13。 DIC 和喇曼映射。

TERS 的設置: Innova 虹膜

在 TERS,這個技巧需要是一樣緊密到這個範例儘可能,无需影響這個技巧或這個範例的完整性。 另外,一個金屬技巧對這種改進是重要的。 STM 提供一個容易的方法集成這些需求和學習幾個技巧形狀、耦合的結構和其他變量的影響。 一個非常好的方式激發 AFM 技巧和收集喇曼信號將安置喇曼目的在 60° 角度關於技巧軸。 副照明模式在理論上的研究顯示了 TERS 的最高的改進系數。 使用此的一個設置邊在幾何在圖顯示的 Innova 虹膜認識到 14 上。

圖 14。 Bruker Innova 掃描探測 Microsope 和 Renishaw inVia 喇曼顯微鏡的 TERS 準備好的組合。 光學聯結通過被管理的數據輸入裝置達到抽樣胳膊。

由於其開放性, Innova 借自己作為 TERS 的一個平臺在不透明的範例; 它有一個非常穩定和低噪聲閉環反饋系統和近紅外線反饋二極管。 它在 STM 和各種各樣的 AFM 模式可以被管理與方便切換。 Innova 集成與 Renishaw 的 inVia 顯微鏡啟用 TERS、共焦的喇曼和共同的局限化的評定。

AFM 和喇曼顯微鏡控制由軟件包完成當前在 AFM 計算機。 TERS 數據集的例子達到與這樣設置在表 15 舉。 使用的這個範例是綠沸銅綠色,一種染料文件數據是可用的。 使用一些微型的瓦特事件激光功率,像存在的那個的光譜可以獲取僅僅 0.1s。

圖 15。 使用金子技巧得到的綠沸銅綠色 TERS 光譜闡明由 633nm 點燃在表面上的變化的距離。 使用虹膜 Innova-InVia 組合獲取的數據。 通過高峰強度與處理的這個技巧比較與被縮回的光譜,一个能明顯地看到喇曼模式的改進。

結論

因為共同局限化的手段是可能的,研究員能學習範例使用光學分光學技術例如提供關於 nanoscale 屬性和構成的喇曼和掃描探測技術詳細信息。 Bruker 為不透明的範例和透明範例提供解決方法以維數圖標電影放映機催化劑NEOS SENTERRA 系統。 TERS 承諾推進更加進一步的決議界限和啟用化工信息的收集關於毫微米等級的。 此先進的研究的 Bruker 的解決方法包括催化劑和 Innova 透明和不透明的範例的,分別。

關於 Bruker

Bruker 納諾表面提供從他們的穩健設計和易用的其他商業可用的系統引人注意,維護最高分辨率的基本強制顯微鏡/掃描探測顯微鏡 (AFM/SPM) 產品。 NANOS 評定的題頭,是所有我們的儀器的一部分,使用評定的懸臂式偏折一臺唯一光導纖維的干涉儀,如此做設置協定它大於一個標準研究顯微鏡目的沒有。

此信息是來源,覆核和適應從 Bruker 納諾表面提供的材料。

關於此來源的更多信息,请請參觀 Bruker 納諾表面。

Date Added: Oct 19, 2011 | Updated: Jan 23, 2014

Last Update: 23. January 2014 11:05

Comments
  1. Javaria Batool Javaria Batool Islamic Republic of Pakistan says:

    how colour image is possible by afm

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