تحلیل برهمکنش‌ گذرای نمونه- سوزن در میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت ضربه‌ای به‌منظور جلوگیری از آسیب نمونه‌های نرم

Abstract

میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت (HS-AFM) به‌دلیل دقت بالا و قابلیت تصویربرداری سه‌بعدی یکی از پرکاربردترین تکنیک‌های مورد استفاده در فناوری نانو است. علی‌رغم مزیت‌ها و غیرمخرب شناخته‌شدن این تکنیک، اگر ماکزیمم نیروی دافعه برهمکنش بیشتر از تنش شکست نمونه یا سوزن باشد آسیب نمونه یا سوزن محتمل خواهد بود. تاکنون مطالعات زیادی در مورد نیروهای دافعه در حالت ضربه‌ای انجام شده اما اکثراً در حالت پایدار بوده است. برای مواد نرم و در حالت گذرا هنگامی که سوزن ناگهان با یک پله رو به بالا مواجه می‌شود نیروی دافعه می‌تواند از حالت پایدار بیشتر بوده و در نتیجه باعث ایجاد آسیب به نمونه شود. بنابراین اگر مقادیر پارامترها به‌طور مناسب انتخاب نشود تنش نمونه- سوزن ممکن است از تنش تسلیم نمونه تجاوز کند. در این مقاله ماکزیمم نیروی برهمکنش گذرا در دو بازه زمانی جاذبه و دافعه با یکدیگر مقایسه و تحلیل اثر پارامترهای مهم اسکن روی ماکزیمم تنش گذرای مواد نرم در میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت در شرایط گذرا به صورت تئوری انجام‌شده و نمودارهای دقت جانبی و سرعت اسکن نیز ارایه شده که از نوآوری‌های این تحقیق است به‌طوری که در میکروسکوپ پرسرعت نمونه‌های نرم با مدول الاستیسیته در محدوده ۲گیگاپاسکال به منظور پیشگیری از آسیب نمونه، استفاده از سفتی فنر در رنج ۱-۰/۱نیوتون بر متر، دامنه آزاد ۱۰۰-۶۰نانومتر، نسبت دامنه ۰/۹-۰/۸، فاکتور کیفیت ۱۰۰-۵۰، شعاع سوزن ۴۰-۱۰نانومتر و سرعت اسکن ۰/۳-۰/۱میلی‌متر بر ثانیه نسبت به رزولوشن مورد نظر توصیه می‌شود تا فرآیند اسکن به‌صورت ایمن و با نتایج دقیق انجام شود.