Opis trybu NanoSwing.

Autorski tryb pomiarowy NanoSwing jest pochodną trybu dynamicznego (tapping mode) zaawansowaną techniką pomiarową, która, dzięki wykorzystaniu złożonej analizy sygnału skrętnych wychyleń belki skanującej o specjalnej konstrukcji (rys. 1), umożliwia mapowanie takich właściwości powierzchni jak: adhezja, sprężystość, rozpraszanie energii oraz siła maksymalna oddziaływań pomiędzy ostrzem skanującym a powierzchnią.
Dzięki zastosowaniu zaawansowanego przetwarzania danych (time resolved tapping mode) dokonywana jest rekonstrukcja krzywej spektroskopii sił (rys. 2), na podstawie której wyznaczane są poszczególne właściwości powierzchni próbki i parametry oddziaływań ostrze-próbka.

Niniejszy tryb został opracowany w ramach projektu badawczego MNISW N N505 466338 "Zaawansowane pomiary parametrów materiałowych struktur w mikro- i nano- skali z wykorzystaniem szerokowidmowego przetwarzania i analizy wygięcia belki skanującej w trybie dynamicznym mikroskopii sił atomowych".



Rys.1 Widok belki skanującej (HMX produkcji firmy Bruker):
a - belka skanująca,
b - ostrze,
c - oś symetrii belki.
Rys.2 Wykres siła-odległość z zaznaczonym kierunkiem ruchu ostrza względem powierzchni próbki i charakterystycznymi obszarami oraz wyznaczonymi wielkościami:
A1, A2, A3 - zbliżanie ostrza do powierzchni,
R1, R2, R3 - oddalanie ostrza od powierzchni,
F1 - siła maksymalna,
F2 - siła adhezji,
E1 - energia rozpraszana na odkształcenie powierzchni,
E2 - energia rozpraszana na separację ostrza i powierzchni.


Opublikowane prace dotyczące opracowanego trybu:

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz, Grzegorz Ekwiński, Magdalena Ekwińska, The determination of the spring constant of T–shaped cantilevers using calibration structures, Measurement Science and Technology 25 (2014) 044015

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz, Mapping of the surface’s mechanical properties due to analysis of torsional cantilever bending in dynamic force microcopy, Scanning Probe Acoustic Techniques (series NanoScience and Technology), F. Marinello, D. Passeri, E. Savio (editors), Springer 2012, ISBN: 978–3–642–27493–0, 315–350

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz: The implementation and the performance analysis of the multi–channel software–based lock–in amplifier for the stiffness mapping with atomic force microscope (AFM), Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences, 60(1) (2012) 83–88

A. Sikora, M. Woszczyna, M. Friedemann, M. Kalbac, F. –J. Ahlers, The AFM diagnostics of the graphene–based quantum hall devices, Micron 43 (2012) 479–486

Andrzej Sikora, Utilization of various atomic force microscopy techniques in investigation of liquid crystal compounds, Liquid crystalline organic compounds and polymers as materials XXI century: From synthesis to applications, Agnieszka Iwan, Ewa Schab–Balcerzak – editors, Transworld Research Network, 2011, 191–219

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz , Utilization of AFM mapping of surface's mechanical properties in diagnostics of the materials for electrotechnics, Proceedings of Electrotechnical Institute, Issue 253, 2011, str. 15–25

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz, Direct measurement and control of peak tapping forces in atomic force microscopy for improved height measurements, Measurement Science and Technology 22 (2011) 094005

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz, Mapping of mechanical properties of the surface by utilization of torsional oscillation of the cantilever in atomic force microscopy, Central European Journal of Physics, 9(2), 2011, 372–379

Andrzej Sikora Development and utilization of advanced atomic force microscopy techniques in diagnostics of the electrotechnical materials. Chosen problems Proceedings of Electrotechnical Institute, Issue 257, monograph, Warszawa 2012, ISSN: 0032–6216

Andrzej Sikora, Łukasz Bednarz, Procedura doboru parametrów oddziaływania ostrze–próbka w celu uzyskania optymalnej rekonstrukcji krzywej spektroskopii sił w trybie pomiarowym NanoSwing mikroskopii sił atomowych. Metrologia dziś i jutro – 2011, red. W. Walendziuk, J. Jakubiec, M. Swiercz, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok 2011, ISBN: 978–83–62582–04–4, str. 199–212

 

Przykłady (kliknij, aby powiększyć)


Topografia

Rozpraszanie energii na odkształcenie powierzchni

Adhezja

Rozpraszanie energii na oddzielenie ostrza od powierzchni

Siła maksymalna

Sprężystość
Próbka testowa PS-LDPE (produkcji firmy Bruker) zawierająca mieszaninę polistyrenu oraz kopolimeru etylenowo-octowego o modułach sprężystości odpowiednio: 2 GPa oraz 0,1 GPa.


poprzednie

do góry

następne