أجهزة الفحص النانوية الهندسية
ايناس ليث علي | Aenas Laith Ali
01/11/2020 القراءات: 4192
جهزة الفحص النانوية
المجهر الإلكتروني الماسح ( Scanning electron microscope (SEM
يستخدم فى تحليل و تعيين خواص اسطح العينات السميكة أو الرقيقة من المادة و معرفة شكلها و القيام بتحديد مقاييس ابعادها الخارجية و تصل قوته التكبيرية الى نصف مليون مرة و يتمكن هذا الميكروسكوب من تحديد العناصر الداخلة فى تركيب العينة و نسبتها بدقة جيدة
طريقة عمله:
يعمل SEM عن طريق الخطوات التالية:
- إنتاج الكترونات عن طريق الانبعاث الحراري، ويتم ذلك باستخدام فتيلة تسخين تصنع عادة من التنجستين، ويُطبّق عليها جهد تعجيل تتفاوت قيمته ما بين ( 0.1-30) KeV، ثم تمر حزمة الالكترونات خلال عمود المجهر المفرغ، ويتم تركيز هذه الحزمة بواسطة مجموعة من العدسات الكهرومغناطيسية على طول العمود. و يتم التحكم في عرض حزمة الالكترونات عن طريق الفتحات الموجودة على طول عمود المجهر، حيث يتم حجز الالكترونات المشتتة والمنحرفة عن مسار الحزمة ، وتوضع العينة داخل غرفة المجهر، وهي عبارة عن حيّز مغلق ومفرغ تماماً، حيث تصطدم فيها الحزمة الالكترونية حيث تتفاعل معها، وينتج عن هذا التفاعل إشارات ، من أهمها إشارة انبعاث الالكترونات الثانوية (SE) ، وانبعاث الالكترونات المشتتة الخلفية (BSE) ، والتي يتم تحليلها ومعالجتها و اظهارها كصور وإشارة الأشعة السينية X-Ray والتي تتم ترجمتها إلى طيف تحليلي (وليد
المجهر الالكتروني النافذ Transmission electron microscopy (TEM)
و هو يستخدم ايضا شعاعا من الالكترونات لفحص و اختبار العينات ، و فى الوقت الذى يقوم فيه المجهر الالكترونى الماسح بفحص اسطح العينات و توصيف خواصها السطحية ، يتميز المجهر النافذ بقدرته على اختراق العينة التى توضع فى مسار الشعلع الاكترونى القادم من مصدر توليد الاشعة الالكترونية الموجود اعلى مكان وضع العينة و النفاذ من خلالها .
طريقة عمله:
يتم انتاج الالكترونات عن طريق الانبعاث الحراري، وذلك بتسخين فتيلة تصنع غالباً من التنجستين، حيث يتم تطبيق جهد تعجيل على هذه الفتيلة يتراوح ما بين ( 60-100 KeV ( ، وتمتلك الالكترونات المعجلة طاقة يتحكم بها عن طريق المستخدم حسب المطلوب. وتمر حزمة الالكترونات بعد ذلك خلال عمود المجهر المفرغ، ويتم تركيز هذه الحزمة
بواسطة مجموعة من العدسات الكهرومغناطيسية على طول هذا العمود، كما تعمل فتحات التحكم الموجودة على طول هذا العمود على التحكم في عرض حزمة الالكترونات، وذلك بحجز الالكترونات المشتتة. وتصل الحزمة الالكترونية بعد ذلك إلى العينة، و ينتج عن ذلك تفاعل لهذه الالكترونات مع سطح العينة، حيث ينفذ جزء من الحزمة الساقطة يسمى الحزمة النافذة، وهي عبارة عن حزم الكترونية نافذة من دون انحراف، وحزم الكترونية متشتتة ومنحرفة من ذرات وجزيئات
العينة.
يتم بعد ذلك تحسن الحزمة الالكترونية باستخدام العدسات الكهرومغناطيسية وفتحات التحكم واستقبالها واظهارها على
شاشة فلورسنت بشكل صورة. وتحتوي الصورة الناتجة على مناطق مظلمة ومناطق مضيئة، حسب نوع العينة ونوع
العناصر التي تحتويها، حيث تشير المناطق المظلمة إلى أن الالكترونات لم تصل إلى الشاشة من هذه المناطق، ويحدث ذلك نتيجة امتصاصها من ذرات هذه المناطق أو تشتتها بشكل كبير، وهذا يدل على أن العينة في هذه المناطق التي تظهر بشكل مظلم تحتوي على عناصر ذرات ثقيلة (أعداد ذرية كبيرة).
أما المناطق المضيئة فتشير إلى وصول أعداد كبيرة من الالكترونات إلى هذه المناطق، مما يدل على أن الالكترونات لم تعاني أي امتصاص أو تشتت كبير من ذرات هذه المناطق، مما يدل على أن العينة في هذه المناطق التي تظهر بشكل مضيء تحتوي على عناصر لذرات خفيفة (أعداد ذرية صغيرة )
مجهر القوة الذرية Atomic Force Microscope( AFM)
في عام 1986 قام كل من بينينغ Binnig وكوات Quate بعمل تعديلات على المجهر النفقى الماسح و أطلقا عليه اسم مجهر القوة الذرية ، و قد أدت هذه التعديلات إلى زيادة مساحة المواد التى يمكنى اختبار خواص السطح لها بحيث شملت المواد رديئة التوصيل الكهربى و مواد العوازل الكهربائية ، تم تطوير رأسه المدبب ليضمن مسح أكثر دقة لأبعاد أقل و يمكن من خلاله الحصول على صورة طوبوغرافية ثلاثية الأبعاد للعينة المدروسة .
ويستخدم AFM في تصوير وقياس وتحريك المادة عند مستويات النانو.ويمتاز بدقة عالية في قياس الارتفاع تصل إلى نصف انجستروم، حيث تعتمد دقته على مدى دقة الابرة. لكنه قد يفشل في دراسة السطوح ذات الخشونة الظاهرة
التي تزيد خشونتها عن ( 10 ) ميكرونات ويحتوي على ذراع طولها بحدود الميكرومتر، وفي نهايتها يوجد رأس حاد منحن (مجس) بنصف قطر انحناء في حدود النانومتر. ويُصنع هذا الرأس عادة من مادة السيليكون أو نترات السيليكون،
ويستخدم لمسح سطح العينة المدروسة، وعندما يقترب الرأس الحاد ليلامس سطح العينة تنشأ قوى بين الرأس والسطح مما يؤدي إلى حدوث انحراف في ذراع المجهر طبقاً لقانون هوك. ويتم قياس هذه القوة عن طريق انعكاس شعاع ليزر على سطح الذراع عند انحرافه، ومن ثم يسقط هذا الشعاع على شبكة من الكاشفات الثنائية الضوئية لتكوين صورة دقيقة للسطح، وعند تحريك الرأس الحاد للمجهر على السطح على ارتفاع ثابت، يصطدم الرأسبالسطح المتعرج للعينة مما يتسبب في إحداث تلف للراس. ويتم غالبا عمل تغذية راجعة في الجهاز تقوم بضبط المسافة بين الرأس وسطح العينة والمحافظة على وجود قوة ثابتة بين الرأسوالعينة، وهنا يتم تثبيت العينة على قضيب كهروضغطي ماسح، مما يمكّن العينة من الحركة إلى أعلى (باتجاه المحور) للحفاظ على حدوث قوة ثابتة ، ويتم مسح العينة بالاتجاهين x,y
هندسة مواد
يجب تسجيل الدخول للمشاركة في اثراء الموضوع
مواضيع لنفس المؤلف
مواضيع ذات صلة