Page 16 - XXIII_Studencka_Sesja_Plakatowa

Badanie struktury powierzchni materiałów

nieorganicznych za pomocą skaningowej mikroskopii

sił atomowych (AFM)

Streszczenie fotodioda

Mikroskopia sił atomowych jest stosowana do pozycyjna laser

badań różnych powierzchni w zależności od

zastosowanego trybu pracy. Zaletami trybu

Wydział Fizyki, kontaktu przerywanego jest niewielka interakcja z Skaner

Astronomii powierzchnią, minimalizacja sił skrętnych między piezoelektryczny

sondą a próbką. Metoda ta umożliwia badanie Ostrze
i Informatyki
miękkich materiałów. Odpowiednie dostrojenie
Stosowanej Elastyczna
ustawień gwarantuje wysoką rozdzielczość obrazów Próbka

i dokładne szacowanie wymiarów próbki. belka

II Pracownia Rys. 1 Schemat budowy mikroskopu sił atomowych.

Fizyczna
Tryby pracy Zasada działania mikroskopu AFM

Mikroskop AFM pracuję w trzech różnych trybach pracy: kontaktowy, Mikroskopia sił atomowych jest jednym z rodzajów

XXIII przerywany, bezkontaktowy. Każdy tryb pracy odpowiada innym mikroskopii bliskich odziaływań (mikroskopia

oddziaływaniom. Dźwignia wprawiana jest w drgania rezonansowe w

Studencka trybie bezkontaktowym, zaś w trybie przerywanym w drgania o skanującego próbnika – SPM), w których analizowane jest

odziaływanie pomiędzy badającym ostrzem a badaną
Sesja częstotliwości bliskiej do rezonansowej. Siła odziaływania zmienia powierzchnią. Mikroskopia AFM służy do badania
częstotliwość rezonansową, co daję informację o topografii powierzchni.

Plakatowa W trybie przerywanym topografia mierzona jest poprzez amplitudę drgań. topografii powierzchni przewodzących i izolujących.

W trybie kontaktowym beleczka nie jest wprawiana w drgania. Siła Mikroskop AFM zbudowany jest ze skanera, elastycznej

31.05-04.06.2021 odziaływania zmienia wygięcie belki, co daje informacje o topografii. dźwigni/beleczki o znanej stałej sprężystości, do której

przymocowane jest ostrze, a także z układu optycznej
plakat nr
Alicja detekcji. Elementy te sterowane są za pomocą

Orzech 14 oprogramowania komputerowego. W czasie pomiaru

ostrze przesuwane jest nad próbką za pomocą skanera,

zbudowanego z elementów piezoelektrycznych. W trybie

autor: kontaktowym na skutek odziaływania z podłożem beleczka

Alicja Orzech wygina się. Wygięcie beleczki badane jest poprzez

detekcję pozycji odbitego od niej światła laserowego, a

opiekun:
Jestem studentką trzeciego roku biofizyki o specjalizacji dr hab. następnie przeliczane jest na różnicę wysokości na badanej

Fizyk Medyczny. Pochodzę z podkarpacia, lecz podczas Joanna Raczkowska powierzchni, dając informacje o jej topografii z bardzo

licznych wyjazdów poczułam klimat miasta Krakowa, wysoką rozdzielczością.
Rys. 2 Zależność wielkości badanych sił od odległości pomiędzy ostrzem a

a także samej uczelni, która wydawała się dla mnie nie- powierzchnią dla różnych trybów pracy mikroskopu AFM

osiągalna. Wkrótce odważyłam się na wybór tej uczelni Układ pomiarowy Obrazy topograficzne i obliczone wymiary wzoru próbki

i wyjazd z miasta rodzinnego. Kierunek biofizyki zain- Do badań topografii powierzchni zastosowano mikroskop a) b)

teresował mnie najbardziej spośród oferowanych przez Nanosurf® z oprogramowaniem komputerowym. Badania

prowadzono w trybie przerywanego kontaktu. Używano
Uniwersytet Jagielloński, ponieważ jest interdyscypli-
silikonowego ostrza PPR-FMR-50 o danej stałej sprężystości (0,5 –

narny oraz przyszłościowy. Zainspirowała mnie możli- 9,5) N/m.

wość wykorzystania wiedzy ścisłej w zastosowaniach Badanym obiektem były płytki

kalibracyjne o precyzyjnie
medycznych. Obecnie zajmuje się badaniami biosenso-
określonym periodycznym wzorze

rycznymi w ramach mojej pracy licencjackiej pt.: „Opty- w formie kwadratów o boku 10

malizacja procesu immobilizacji białek na powierzchni μm, wysokości 200 nm i okresie

krzemu dla zastosowań biosensorycznych”. Badania powtarzalności wzoru 10 μm.

prowadzę pod opieka dr Katarzyny Gajos. W wolnych

chwilach cenie sobie towarzystwo najbliższych. Lubię

też poznawać nowe osoby i odkrywać ciekawe miejsca.

Rys. 5 Wyniki pomiarów powierzchni próbki kalibracyjnej uzyskana przy: a) najgorszych ustawieniach, b) najlepszych ustawieniach. Obrazy
przedstawiają kolejno od lewej: topografie próbki i amplitudę przy skanowaniu w prawą stronę, topografie próbki i amplitudę przy skanowaniu

Rys. 3 Parametry płytki kalibracyjnej. Rys. 4 Urządzenie pomiarowe: mikroskop w lewą stronę.
firmy Nanosurf. Badano wpływ parametrów pracy na jakość uzyskanych

Podsumowanie wyników obrazów. Parametry te pozwalają na ustalenie rozmiarów

i rozdzielczości otrzymywanego obrazu (Image size),

Zapoznano się z działaniem mikroskopu sił atomowych, służącego szybkości skanowania (Time/line i Points/line), siły

do badania topografii powierzchni. Wykonano kilka pomiarów odziaływania (Set point) oraz parametrów sprzężenia

próbki o znanych wymiarach w celu optymalizacji parametrów zwrotnego (P-gain, I-gain, D-gain).

pracy mikroskopu. Za pomocą dedykowanego oprogramowania Najlepszą jakość obrazów otrzymano przy parametrach

komputerowego analizowano profil przekroju próbki w celu skanowania próbki: Image size – 50; Time/line – 0,8;

pomiarów wysokości i okresu obserwowanych struktur Points/Line – 256 oraz ustawieniach kontroli wysokości:

topograficznych. Otrzymane wyniki – wysokość 207,96 nm, okres Set point – 50%; P-gain – 1800; I-gain – 1000; D-gain –

powtarzalności wzoru 9,79 μm – są zgodne z danymi podanymi 0. Najgorszą jakość obrazów otrzymano przy

przez producenta, co świadczy o dokładności wykonania ćwiczenia parametrach skanowania próbki: Image size – 50;

i precyzyjności zastosowanego ostrza. Potwierdza to słuszność Time/line – 1; Points/Line – 128 oraz ustawieniach Rys. 6 Przekrój próbki wzdłuż osi X dla pomiaru o najlepszych
ustawieniach.
stosowania mikroskopii AFM do pomiarów wielkości próbki. kontroli wysokości: Set point – 50%; P-gain – 1800; Okres

I-gain – 1000; D-gain – 0. powtarzalności Wysokość
[nm]

Źródła: W celu wyznaczanie rozmiarów, wysokości i okresu wzoru [μm]
Instrukcja do ćwiczenia http://www.2pf.if.uj.edu.pl, wzoru analizowano przekrój poprzeczny obrazu AFM w Obliczone wymiary
Bartosz Such, Mikroskop AFM – Instrukcja, Pracownia Fizyki Materiałów I. próbki 9,79±0,32 207,96±1,01

https://www.nanosurf.com/en/ programie WSxM, otrzymane wyniki przedstawiono w Wymiary podane przez
http://home.agh.edu.pl/~kmr/instrukcje/afm.pdf formie tabeli. 10 200
producenta