Mikroskopia w badaniach fizykochemii powierzchni

Mikroskopia w badaniach fizykochemii powierzchni
doc.dr hab.inż. Robert Nowakowski
Grupa Badawcza Mikroskopii i Spektroskopii STM/AFM
Zakład Elektrochemii, Korozji i Fizykochemii Powierzchni
Instytut Chemii Fizycznej PAN
pok.120, tel. (22) 343 30 75, 343 32 26, e-mail: [email protected]
Mikroskopia optyczna należy do grupy technik badawczych posiadających najdłuższą
historię. Oddziaływanie materii ze światłem daje szereg, powszechnie wykorzystywanych,
możliwości badawczych. Do zalet tej techniki należy zaliczyć: krótki czas odpowiedzi
pozwalający na prowadzenie obserwacji w sposób ciągły, możliwość prowadzenia badań
spektroskopowych, których wyniki pozwalają określić skład chemiczny oglądanego obiektu,
oraz różnorodne możliwości wykorzystania właściwości światła spolaryzowanego. Istotnym
ograniczeniem tej techniki jest jednak rozdzielczość metody wynikająca z dyfrakcji fal
świetlnych. W ostatnim stuleciu zanotowaliśmy duży postęp w rozwoju technik
mikroskopowych wykorzystujących inny niż w technikach optycznych mechanizm tworzenia
obrazu. Niektóre z tych metod umożliwiają prowadzenie obserwacji i badań powierzchni oraz
zachodzących na nich procesów fizykochemicznych z rozdzielczością sięgającą rozmiarów
pojedynczych atomów. Celem wykładu jest przedstawienie i usystematyzowanie wiedzy na
temat technik mikroskopowych. Omówię techniki wykorzystujące wiązki elektronów
(mikroskopia elektronowa, elektronowa mikroskopia polowa), skaningową mikroskopię
tunelową oraz dużą grupę technik pokrewnych (np: mikroskopię sił atomowych, mikroskopię
bliskiego pola optycznego). Przedstawię powyższe techniki z punktu widzenia zastosowań w
obserwacji topografii powierzchni, jak również badań ich właściwości fizykochemicznych
(np: metody spektroskopii tunelowej i spektroskopii sił).
1.Wprowadzenie i historia mikroskopii, przypomnienie podstawowych pojęć i definicji.
Klasyfikacja technik mikroskopowych.
2. Mikroskopia optyczna: możliwości, ograniczenie dyfrakcyjne, metody polepszenia
rozdzielczości i kontrastu.
3. Techniki wykorzystujące wiązki elektronów i jonów: mikroskopia elektronowa
transmisyjna i skaningowa, mikroskopia polowa elektronowa i jonowa.
4. Skaningowa mikroskopia tunelowa (STM): zjawisko tunelowania elektronów, zasada
działania, możliwości i ograniczenia, preparatyka powierzchni, interpretacja obrazów.
5. Mikroskopia sił atomowych (AFM): typy oddziaływań, zasada działania, rozwiązania
konstrukcyjne, możliwości i ograniczenia, interpretacja obrazów.
6. Techniki pokrewne mikroskopii sił atomowych AFM i ich możliwości pomiarowe.
7. Zastosowania metod STM i AFM w badaniu właściwości fizykochemicznych powierzchni:
spektroskopia tunelowa i spektroskopia sił: typy spektroskopii i metod pomiarowych,
interpretacja wyników.
8. Mikroskopia bliskiego pola optycznego (SNOM): koncepcja Synge’a, zasada działania,
metody pomiarowe, preparatyka sond, możliwości metody.
9. Nowe odmiany metod spektroskopowych i dyfrakcyjnych wykorzystujących możliwości
technik STM/AFM: np.: TERS (AFM+Spektroskopia Ramana), STM+LEED.