Nagyfelolds Mikroszkpia Dr Szab Istvn 6 Atomok kzti

Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István 6. Atomok közti erőhatások TÁMOP-4. 1. 1. C-12/1/KONV-2012 -0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"

6. Atomok közti kölcsönhatások • Elmélet – Erőhatások atomi méretű rendszerek között – A Van der Waals kölcsönhatás – Spektroszkópiás Atomerő vizsgálatok és nanoindentáció • Gyakorlat – Erő-elmozdulás diagram előállítása és értelmezése • Segédanyagok

Erőhatások atomi méretű rendszerek között

Mechanikia erők: • • súlyerő surlódás kényszererők rugalmasság

Mikro-nanorendszer • • • Felületi feszültség Elektrosztatikus van-der Waals Elektronállapotok csatolódása Kémiai kötés

A van-der Waals köcsönhatás

Reális gázok leírása • Az ideális gázok állapotegyenletének módosítása – Pontosabb leírás – Gáz-folyadék fázisátmenet megjóslása • Atomok közti kölcsönhatás: – Véges térfogat: Erős taszítás kis távolságon – Nagy távolságokon vonzó kölcsönhatás – Megfelelő állapotok törvénye

Atomi potenciál alak • • Két paraméterrel skálázott kölcsönhatás indukált dipól-dipól kölcsönhatás Lenard-Johnes potenciál Kvalitatív kép az atomok közti kölcsönhatás leírására

Kiterjedt testek közti van-der Waals kölcsönhatás • Landau – Lifshitz modell – EM vákuum fluktuációk – “Az anyagi határfeltétek módosítják a nullponti fluktuációk spektrumát” – Divergenciák kezelése – Nem egyszerűen additív, vonzó és taszító is lehet a közegtől függően • Hamaker erő : két makroszkópikus gömb közti erőhatás • Casimir-effektus • Többtest kölcsönhatás

Spektroszkópiás Atomi erő vizsgálatok és nanoindentáció

Kontakt üzemmódú pontspektroszkópia • A tű és a minta közt fellépő erő elemzése egy pontban a tű és a minta távolság függvényében • A pontspektroszkópia lépése – A mérési pont kiválasztása – A tű közelítése és benyomása – A tű visszahúzása

Erőhatások • • Addhéziós erő Rövidtávú kémiai erő (Lennard-Jones) Elektrosztatikus, mágneses kölcsönhatás Kapilláris erők Mechanikai deformációs rugalmas erő Plasztikus deformációs viszkózus erő Van-der Waals kölcsönhatás

Kiértékelhető paraméterek • Young-modulus • Addhéziós erő, a tű kiszakításához szükséges addhéziós munka • A minta maximális deformációja • Energia disszipáció

Erő-elmozdulás diagrammok felvétele és értelmezése Gyakorlati feladatok

Az erőgörbe meghatározása • A mért paraméter d(z): A kantilever lehajlása az abszolút piezó magasság függvényében • A meghatározandó paraméter F(Δ) : Az erőhatás a tű-minta távolság függvényében. k : a kantilever rugóállandója D= d-d 0 Z=z-z 0 F=k. D Δ=Z-D d 0 a lehajlás referencia értéke z 0 a referencia magasság a mintától távol (F=0)

Nano-indentáció • A tű minta közti erőhatás kis értéke mellett a kis kontaktusfelület miatt nagy nyomások lépnek fel. • A lenyomat kialakítása után az AFM segítségével elvégezhető a leképezés is • Az erő-elmozdulás görbe segítségével meghatározhatók a plasztikus viselkedést jellemző mennyiségek. • Egyedi hibakeletkezési és mozgási folyamatok detektálhatók.

Biológiai molekulák vizsgálata • A molekula felvitele a szubsztrátra • A kantilever és a felszín kontaktusa, a molekula kötödés kialakulása • Az erő elmozdulás diagram felvétele – Távolítás és közelítás • Lépcsők, ugrások, lavinák azonosítása – A molekula lánc kitekeredése során a hidrogén-híd kötések felszakadása és képződése – A domének – molekuláris tartományok kitekeredés

Ellenőrző kérdések

Ellenőrző kérdések 1. 2. 3. Milyen lokális és nem lokális erőhatások lépnek fel az AFM esetében? Mi a szerepe a kapilláris erőknek, és mikor lépnek fel? Milyen erőhatás teszi lehetővé az atomi feloldás elérését az AFM esetében? 4. Mi a van-der Waals kölcsönhatás szerepe? 5. Miből származik a van-der Waals kölcsönhatás? 6. Milyen szakaszokból állhat egy erő-elmozdulás diagram? 7. Milyen paraméterek határozhatók meg egy nanoindentációs kísérlet során? 8. Hogy lehet meghatározni a kantilever rugóállandóját? 9. Hogy lehet meghatározni az erő elmozdulás görbét az AFM pontspektroszkópia alapján? 10. Milyen információkat szolgáltat a biológiai óriásmolekulákon végzett erőmérés?

Segédanyagok

Kiegészítő olvasmányok • AFM segítség – http: //www. afmhelp. com/index. php

Programok • GWYDDION SPM kép megjelenítő és manipuláló program – http: //gwyddion. net/

Nagyfeloldású Mikroszkópia Dr. Szabó István KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ! TÁMOP-4. 1. 1. C-12/1/KONV-2012 -0005 projekt „Ágazati felkészítés a hazai ELI projekttel összefüggő képzési és K+F feladatokra"