29  Raster-Kraft-Mikroskopie

29.1  Lernziel

Das Raster-Kraft-Mikroskop ist eine neue Meßmethode, die es erlaubt, nichtleitende Oberflächen bis in den atomaren Bereich vergrößert darzustellen. Dazu bedient es sich einer Art miniaturisierter Nadel, mit der die zu untersuchende Oberfläche zeilenweise abgetastet wird. Es soll der Umgang mit einem modernen Messgerät, wie es in der Forschung verwendet wird, erlernt werden. Neben der Abbildung von Oberflächenstrukturen ist die Identifikation von Materialien aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften auf der Submikrometerskala eine physikalisch interessanter Fragestellung. Verschiedene materialsensitive Techniken (Lateralkraftmessung, Kraftmodulationsmessung, Kraft-Abstands-Kurven) sollen angewendet werden, um Polymere zu unterscheiden.

29.2  Lerninhalte

1. Abbildungsprinzipien der Rastersondenmikroskopie
2. Arbeitsweise des Raster-Kraft-Mikroskopes
   • Piezoelektrischer Effekt
   • Abbildung von Objekten mit einer Spitze
   • Abbildungstechniken (Kontakt - Nichtkontakt)
3. Zwischenmolekulare Kräfte
4. Methoden zur materialsensitiven Materialcharakterisierung

29.3  Aufgaben

29.3.1  Erster Versuchstag:

1. Untersuchung eines Kalibriergitter
   1. Optimierung der Regelparameter
   2. Bestimmung der Linearität des Scanners durch Variation der Scanrichtung
   3. Bestimmung der Auflagekraft der Spitze auf der Probe
2. Charakterisierung der Spitze mit Hilfe von zwei Testgittern
3. Präparation von Polymerproben (PS, PMMA) für den 2. Versuchstag

29.3.2  Zweiter Versuchstag:

1. Abbilden der Polymerproben (Skala: 10μm) mit zusätzlichem Materialkontrast (Lateralkraftmessung oder Kraftmodulationsmessung)
2. Aufnahme von Kraft-Abstands-Kurven auf Silizium, PS, PMMA
   1. Mit einem weichen Cantilever die Geschwindigkeiten variieren (0.1,1,10,100μm∕s
   2. Mit einem harten Cantilever die Maximalkraft variieren

Wenn noch Zeit ist:

1. Indentationsversuch
   1. Abbildung einer Polymeroberfläche im PulsedForceMode
   2. Erzeugen von Lochreihen mit unteschiedlicher Maximalkraft
   3. . Abbildung der Löcher in der Polymeroberfläche im PulsedForceMode

29.4  Literatur

D. Sarid

Scanning Force Microscopy , Oxford Series in optical and imaging science, 1991

O. Marti

STM and SFM in Biology, Academic Press , 1993

O. Marti

SXM: An introduction¹

Park Scientific Instruments

A practical guide to Scanning Probe Mircrosopy

B. Capella, G. Dietler

Force-distance Curves by atomic force microscopy; Surface science report, 34, 1-3, 1999, 1-104

Zusätzlich:

Können vor dem Versuch 2 Ordner mit weiteren Publikationen zum Thema ausgeliehen werden.