Download - SNC-Modul Rasterkraftmikroskop
Datum:
Autor: Fabian Thomssen
Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen
Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]
www.swissnanocube.ch
Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere
Fachschulen
LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops
April 2014
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Gliederung des Moduls
Grundlagen Die Nano-Dimension Theoretische Grundlagen zum Rasterkraftmikroskop
(AFM) Informationen zum Rasterkraftmikroskop-Modell (LEGO®
Mindstorms) Bilder
2 21.01.15
Inhalt
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Grundlagen
Was ist die Nano-Dimension? Was ist ein Rasterkraftmikroskop? Wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop? Wie sehen Scans eines Rasterkraftmikroskops aus? Wie können Sie sich selbst ein Modell eines
Rasterkraftmikroskops bauen?
3 21.01.15
Fragestellungen
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Grundlagen
Was ein Atom ist Was ein Mikroskop ist Was positive und negative Exponenten bedeuten
4 21.01.15
Was Sie schon wissen sollten
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Die Nano-Dimension
5
Quelle: Universität Mainz Quelle: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp
Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren
Quelle: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.
Was ist das?
1 Nanometer = 0.000000001 (10−9) Meter
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Die Nano-Dimension
6
Graphit: Mit dem menschlichen Auge
Graphit: Mit dem Lichtmikroskop
Graphit: Mit dem Elektronenmikroskop
Graphit: Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM)
Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) dient zur Darstellung von Oberflächen in der Nanodimension.
1986 erhielten Heinrich Rohrer und Gerd Binnig den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung eines Rastertunnelmikroskops (IBM-Forschungslabor, Rüschlikon).
Das Rasterkraftmikroskop besitzt einen Fühler, dessen Spitze eine Grösse von wenigen Nanometern aufweist.
Kleinste Unebenheiten im Nanometerbereich werden durch die Atome an der Spitze des Fühlers wahrgenommen. Die Unebenheit führt zu einer Auslenkung des Fühlers, welche durch einen Laserstrahl auf einen Detektor übertragen wird.
Die Struktur der Oberfläche wird von einem Computer berechnet und visuell dargestellt.
7 21.01.15
Rasterkraftmikroskop
Allgemeines
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Rasterkraftmikroskop
8
Atome an der Spitze des AFM-Fühlers
Atome auf der Probenoberfläche
abstossende Kraft
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Rasterkraftmikroskop
10
Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop.
Quelle: CreativeCommons, Originaldatei: http://de.wikipedia.org/
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Rasterkraftmikroskop
11
http://www.youtube.com/watch?v=MNQqn0uNdqs
NanoWelten: NanoKontakt
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Rasterkraftmikroskop
12
Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures
AFM: Oberfläche eines Brillenglases
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Rasterkraftmikroskop
13
Quelle: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures
© Dirk Hoffmann - Fotolia.com
AFM: Oberfläche von Kupfer
21.01.15
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Funktioniert wie ein richtiges Rasterkraftmikroskop Kann selbst nachgebaut werden Besteht hauptsächlich aus LEGO®-Bausteinen Materialkosten: ungefähr 750 CHF
14 21.01.15
LEGO®-AFM-Modell
Allgemeines
© 2014 - Swiss Nano-Cube 15 21.01.15
LEGO®-AFM-Modell
© Copyright 2014: Die Innovationsgesellschaft, St. Gallen
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Im Vergleich zum wirklichen AFM ist das LEGO®-Modell sehr kostengünstig.
Der Zusammenbau des LEGO ®-Modells ist relativ einfach. Es hat dasselbe Funktionsprinzip wie ein richtiges Atomic
Force Microscope. Sehr gut für Lehrzwecke geeignet
16 21.01.15
LEGO®-AFM-Modell
Vorteile des LEGO®-AFM-Modells
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Die Messungen sind nicht sehr präzise. Für den Zusammenbau des Modells müssen ca. 5 Stunden
Zeit einkalkuliert werden.
17 21.01.15
LEGO®-AFM-Modell
Beim Arbeiten mit dem LEGO®-AFM-Modell ist zu berücksichtigen:
http://mcise.uri.edu/park/MNEL/legoafm/index.html
© 2014 - Swiss Nano-Cube
Das Modell besteht fast ausschliesslich aus LEGO®-Teilen. Die meisten davon befinden sich im „LEGO® Mindstorms“ Set, die restlichen können bei einem Online-Shop (beispielsweise Pick a Brick) bestellt werden.
Neben den LEGO®-Teilen werden noch folgende Komponenten benötigt:SpiegelLaserpointer
18 21.01.15
LEGO®-AFM-Modell
Was wird zum Bau benötigt?