Нанотехнологии в металлургии
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
| Ближнепольная оптическая микроскопия — метод анализа поверхности, характеризующийся разрешением выше дифракционного порога. В БОМ используется оптическое волокно, один конец которого конически сужается, оканчиваясь острием с диаметром поперечного сечения где-то между 20 и 500 нм. Когда к другому концу волокна подается свет, внутри острия и вокруг него образуется переменное поле затухающих колебаний, поскольку диаметр острия меньше, чем длина световой волны.
Достигаемое при помощи данного метода пространственное разрешение крайне высоко, так как затухающее поле возбуждает лишь очень малую область образца: его интенсивность падает при удалении от острия по экспоненте. В сканирующей туннельной микроскопии к исследуемому проводящему образцу на расстояние нанометра подводится острая металлическая игла, предпочтительно, оканчивающаяся одним единственным атомом. Положение иглы контролируется с пикометровой точностью при помощи пьезоэлектрических материалов, которые расширяются и сжимаются в ответ на электрические сигналы, подаваемые системой управления. К образцу прилагается напряжение смещения, после чего измеряется туннельный ток, текущий между иглой и образцом. Сила тока пропорциональна вероятности туннелирования сквозь пустоту между острием иглы и образцом. Этот туннельный ток, изменяющийся экспоненицального с изменением атомного расстояния зонд—поверхность, зависит от природы острия зонда и строения поверхности образца. Таким образом, СТМ позволяет прослеживать рельеф поверхности, и с его помощью можно выявить мельчайшие изменения в ее высоте (<1 пм для криогенных высоковакуумных микроскопов). Установка такого типа может работать как в режиме поддержания постоянного расстояния игла— образец, так и в режиме поддержания постоянного тока. Рисунок 3.5 - ЛСМ-изображение дефекта на открытой поверхности многослойного покрытия (горизонтальная шкала: одно деление равно 2 мкм; вертикальная шкала: одно деление равно К) лисм) Атомно-силовая микроскопия позволяет получать изображения поверхности на атомном масштабе посредством измерения атомных сил, возникающих между поверхностью и иглой кантилевера. АСМ- сканирование может осуществляться в двух режимах. В контактном режиме сила измеряется по степени изгиба кантилевера, к которому крепится игла. В полуконтактном режиме измеряется сдвиг резонансной частоты кантилевера под воздействием поверхностных сил. ACM -— гораздо более универсальный метод, чем СТМ, и может использоваться как для проводящих, так и для непроводящих образцов. Однако ACM обычно отличается худшим разрешением (~1—10 пм для криогенных высоковакуумных микроскопов). На рисунке 3.5 представлено АСМ-изображение открытой поверхности многослойного покрытия, на которой был обнаружен дефект. Магнитно-резонансные методы Магнитный резонанс включает изучение микроволновых и радиочастотных переходов электронов и ядерных спинов. Большинство магнитно-резонансных измерений осуществляется в довольно сильных магнитных полях, типичные величины которых составляют примерно 0,ЗЗТ в случае электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), иногда называемого электронными спиновым резонансом (ЭСР), и ЮТ в случае ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Метод ядерного магнитного резонанса основан на взаимодействии ядра, обладающего ненулевым спином /, с приложенным магнитным полем величины Во, приводящим к расщеплению энергетического уровня на 21 + 1 линий, энергии которых равны: Ем = ИуМВо, (8) где у — характерное для ядра гиромагнитное отношение; М принимает целые или полуцелые значение на интервале — / < М < + ] в зависимости от того, является ли / целым либо полуцелым. Значение у чувствительно к локальной химической среде вокруг ядра. ЭПР-спектры наноструктур вида Cd|.x Mnx S (с коррекцией влияния подложки и резонатора) приведены на рисунке 3.6. Основные физические принципы ЭПР аналогичны принципам ЯМР за исключением того, что в этом случае возбуждаются спины электронов, а не спины атомных ядер. В ЭПР определяются неспаренные электроны в переходных ионах. Также могут быть выявлены свободные радикалы, соответствующие дефектам или радиационным повреждениям. жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|