Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii Katedra Chemii Nieorganicznej i Analitycznej Zakład Elektroanalizy i Elektrochemii Łódź, ul.

Podobne dokumenty
Wykład 21: Studnie i bariery cz.2.

SPM Scanning Probe Microscopy Mikroskopia skanującej sondy STM Scanning Tunneling Microscopy Skaningowa mikroskopia tunelowa AFM Atomic Force

Oglądanie świata w nanoskali mikroskop STM

Podstawy fizyki wykład 2

Skaningowy mikroskop tunelowy STM

Mikroskopie skaningowe

Rodzaje mikroskopów ze skanującą sondą (SPM, Scanning Probe Microscopy)

O manipulacji w nanoskali

Mikroskopia polowa. Efekt tunelowy Historia odkryć Uwagi o tunelowaniu Zastosowane rozwiązania. Bolesław AUGUSTYNIAK

Wykład 12 V = 4 km/s E 0 =.08 e V e = = 1 Å

Mikroskop tunelowy skaningowy Scaning tuneling microscopy (STM)

Mikroskopia skaningowa tunelowa i siłowa

Tak określił mechanikę kwantową laureat nagrody Nobla Ryszard Feynman ( ) mechanika kwantowa opisuje naturę w sposób prawdziwy, jako absurd.

Badanie utleniania kwasu mrówkowego na stopach trójskładnikowych Pt-Rh-Pd

Piezoelektryki. Jakub Curie

Pole elektryczne w ośrodku materialnym

(Pieczęć Wykonawcy) Załącznik nr 8 do SIWZ Nr postępowania: ZP/259/050/D/11. Opis oferowanej dostawy OFERUJEMY:

Badanie Podstawowych Właściwości Atramentów Przewodzących Prąd Elektryczny dla Technologii Ink-Jet.

Badanie strutury powierzchni z atomową zdolnością rozdzielczą. Powierzchnia jak ją zdefiniować?

Równanie falowe Schrödingera ( ) ( ) Prostokątna studnia potencjału o skończonej głębokości. i 2 =-1 jednostka urojona. Ψ t. V x.

Badanie Podstawowych Właściwości Atramentów Przewodzących Prąd Elektryczny dla Technologii Ink-Jet.

Pasmowa teoria przewodnictwa. Anna Pietnoczka

Wczesne modele atomu

Wykład Budowa atomu 2

Ćwiczenie 1: Wyznaczanie warunków odporności, korozji i pasywności metali

BADANIA WARSTW FE NANOSZONYCH Z ELEKTROLITU NA BAZIE ACETONU

Elektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Studnie i bariery. Fizyka II, lato

Wykład 21: Studnie i bariery

Energetyka w Środowisku Naturalnym

Chemia Ogólna wykład 1

4. APARATURA POMIAROWO BADAWCZA I ZASADY JEJ DZIAŁANIA Skaningowy mikroskop tunelowy STM (scanning tunneling microscope)

2008/2009. Seweryn Kowalski IVp IF pok.424

Ekspansja plazmy i wpływ atmosfery reaktywnej na osadzanie cienkich warstw hydroksyapatytu. Marcin Jedyński

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Podstawy fizyki kwantowej i budowy materii

ELEKTROGRAWIMETRIA. Zalety: - nie trzeba strącać, płukać, sączyć i ważyć; - osad czystszy. Wady: mnożnik analityczny F = 1.

Projekt ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Materiały stopowe kobalt-pallad

Laboratorium nanotechnologii

Przetwarzanie energii: kondensatory

NOWOCZESNE TECHNIKI BADAWCZE W INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ. Beata Grabowska, pok. 84A, Ip

PROJEKT STUDENCKIEGO SKANINGOWEGO MIKROSKOPU TUNELOWEGO

Modele atomu wodoru. Modele atomu wodoru Thomson'a Rutherford'a Bohr'a

Problemy elektrochemii w inżynierii materiałowej

Elementy teorii powierzchni metali

Przetwarzanie energii: kondensatory

Wykład 21: Studnie i bariery

Elementy pomiaru AFM

Nagrody Nobla z dziedziny fizyki ciała. Natalia Marczak Fizyka Stosowana, semestr VII

I. Wstęp teoretyczny. Ćwiczenie: Mikroskopia sił atomowych (AFM) Prowadzący: Michał Sarna 1.

Elektrochemiczne osadzanie antykorozyjnych powłok stopowych na bazie cynku i cyny z kąpieli cytrynianowych

Tytuł: Dzień dobry, mam na imię Atom. Autor: Ada Umińska. Data publikacji:

Wady ostrza. Ponieważ ostrze ma duży promień niektóre elementy ukształtowania powierzchni nie są rejestrowane (fioletowy element)

Nanoskopowe metody charakteryzacji materiałów. Obrazek: Helsinki University of Technology tfy.tkk.fi/sin/research/

Własności jąder w stanie podstawowym

Wykład 17: Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Oddziaływanie cząstek z materią

Właściwości kryształów

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Mikroskop sił atomowych

węgiel węgiel obecnego w cząsteczce C 2 H 5 OH, jednak mechanizm tego procesu pozostaje nadal niejasny. Analiza poszczególnych materiałów

Światło fala, czy strumień cząstek?

Ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych

Katedra Inżynierii Materiałowej

PL B1. Uniwersytet Warszawski,Warszawa,PL Instytut Chemii Przemysłowej im. Prof. Ignacego Mościckiego,Warszawa,PL

doświadczenie Rutheforda Jądro atomowe składa się z nuklonów: neutronów (obojętnych elektrycznie) i protonów (posiadających ładunek dodatni +e)

1 k. AFM: tryb bezkontaktowy

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Ciało doskonale czarne absorbuje całkowicie padające promieniowanie. Parametry promieniowania ciała doskonale czarnego zależą tylko jego temperatury.

Podstawy fizyki wykład 8

Łukowe platerowanie jonowe

Studnie i bariery. Nieskończona studnia potencjału

PL B1. Elektrolityczna, nanostrukturalna powłoka kompozytowa o małym współczynniku tarcia, zużyciu ściernym i korozji

Ćwiczenie 2. Charakteryzacja niskotemperaturowego czujnika tlenu. (na prawach rękopisu)

Różne dziwne przewodniki

Wytwarzanie niskowymiarowych struktur półprzewodnikowych

Ruch ładunków w polu magnetycznym

Podstawy elektrochemii

PODSTAWY KOROZJI ELEKTROCHEMICZNEJ

Mikroskop sił atomowych (AFM)

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 03/06

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Ćwiczenie 2: Elektrochemiczny pomiar szybkości korozji metali. Wpływ inhibitorów korozji

FALOWA I KWANTOWA HASŁO :. 1 F O T O N 2 Ś W I A T Ł O 3 E A I N S T E I N 4 D Ł U G O Ś C I 5 E N E R G I A 6 P L A N C K A 7 E L E K T R O N

Skaningowy mikroskop tunelowy

Światło ma podwójną naturę:

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

PROPOZYCJA STWORZENIA LABORATORIUM PROPOZYCJA STWORZENIA LABORATORIUM

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

Metody rezonansowe. Magnetyczny rezonans jądrowy Magnetometr protonowy

Program studiów II stopnia dla studentów kierunku chemia od roku akademickiego 2015/16

PODSTAWY MECHANIKI KWANTOWEJ

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

Własności magnetyczne materii

PL B1 AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, KRAKÓW, PL BUP 08/07

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

Transkrypt:

Uniwersytet Łódzki, Wydział Chemii 91-403 Łódź, ul. Tamka 12 Andrzej Leniart Akademia Ciekawej Chemii 11 czerwiec 2014 r.

Z czego zbudowana jest materia? Demokryt z Abdery (ur. ok. 460 p.n.e., zm. ok. 370 p.n.e.) grecki filozof, naukowiec, znany jako "śmiejący się filozof". Ponad 2400 lat temu zadał pytanie: Czy materię można dzielić na mniejsze i coraz mniejsze kawałki w nieskończoność? - materii nie można dzielić w nieskończoność, - w wyniku dzielenia powstanie tak drobna cząska, której już dalej nie da się podzielić. Nazwał ją "Atomo" co znaczy "niepodzielna, niedająca się ciąć" protony elektrony orbity neutrony jądro atomowe

Z czego zbudowana jest materia? Rozmiar atomu 1 Å = 10 10 m = 0.1 nm atom wielkości pomarańczy pomarańcza wielkości Ziemi

Pierwszy udany eksperyment 1981 r. Patent 1982 r. Nagroda Nobla z fizyki 1986 r. Gerd Binnig (1947-...) Heinrich Rohrer (1933-2013)

Zjawisko tunelowe (efekt tunelowy) Zaproponowane w 1928 roku przez Georga Gamowa do wyjaśnienia rozpadu jąder. Zjawisko przejścia cząstki przez barierę potencjału o wysokości większej niż energia cząstki. Zjawisko tunelowe jest efektem kwantowo - mechanicznym, który nie istnieje w mechanice klasycznej.

Przejście elektronu przez barierę o szerokości d i o potencjale V 0 e(m,e) E<V 0 V 0 E d Mechanika klasyczna I II III x 0 x 1 x E e(m,e) E<V 0 V 0 d Mechanika kwantowa I II III x 0 x 1 x 6

igła skanująca A I = 0 d Å I T 0 R badana próbka Prąd tunelowy jest skomplikowaną funkcją geometrii powierzchni, stanów elektronowych ostrza igły skanującej i próbki. I T - natężenie prądu tunelowego, V - napięcie, f(v)- funkcja średniej ważonej gęstości stanów elektronowych badanej próbki i igły, Φ - wysokość bariery tunelowej w ev, d - odległość między próbką a ostrzem igły w angstremach. Funkcja ρsa, jak i Φ są wielkościami charakteryzującymi materiały z jakich wykonana jest próbka i igła skanująca. I T V 2 d sa( 0, EF ) e V sa (0, E F ) e 1.025 d

Działanie mikroskopu polega na pomiarze natężenia prądu tunelowego płynącego podczas skanowania pomiędzy cienkim ostrzem (igłą skanującą) a powierzchnią próbki przewodzącą prąd elektryczny (elektrodą badaną) znajdującymi się w odległość od kilku do kilkudziesięciu angstremów. Wykorzystywana jest silna eksponencjalna zależność prądu tunelowego od odległości pomiędzy próbką a ostrzem skanującym.

Tryb stałego natężenia prądu tunelowego I T Tryb stałej wysokości Z x I T x

Aby zapewnić precyzyjne ruchy igły nad próbką lub próbki pod igłą w odległości kilku Angstremów wykorzystano ceramiczne materiały piezoelektryczne, które pod wpływem przyłożonego napięcia zmieniają swój rozmiar. W roku 1880 Jacques i Pierre Curie odkryli zjawisko piezoelektryczności, które polega na tym, że na powierzchni niektórych kryształów poddanych działaniu zewnętrznych naprężeń mechanicznych indukują się ładunki elektryczne, których wartość jest wprost proporcjonalna do wartości przyłożonych naprężeń. W tym samym roku udowodnili, że istnieje zjawisko piezoelektryczności odwrotne, które polega na deformowaniu się kryształu piezoelektrycznego w zewnętrznym polu elektrycznym.

Skanery piezoelektryczne stosowane w STM konstruowane są aby zapewnić ruch igły skanującej w poszczególnych kierunkach osi X, Y, Z w wyniku rozszerzania i kurczenia się materiałów piezoelektrycznych. Skanery są o różnej konstrukcji: skanery rurkowe, skanery trójramienne (tripod) i skanery oparte na komórkach bimorficznych. Skaner rurkowy skaner trójramienny (tripod) Z+Y Z+X Z-X -X +X -Z +Z Z-Y -Y +Y

Materiały na igły skanujące złoto, wolfram, platyna, tal oraz stopy platynowo - irydowe o różnym składzie (Pt90%Ir10%, Pt80%Ir20% lub Pt70%Ir30%). Metody otrzymywania igieł skanujących - cięcie mechaniczne igieł Zalety szybkość przygotowania Wady brak powtarzalności wielokrotne ostrza igły skanującej ostrza są postrzępione, spłaszczone nie nadają się do badań w roztworach elektrolitów

- trawienie elektrochemiczne igieł I Etap II Etap III Etap igła lekarska parafina 0.5 0.7mm drut PtIr apiezon srebrzanka AC Źródło napięcia zmiennego z zakresu 0-10 V AC Elektroda węglowa Roztwór do trawienia Uchwyt mocujący igłę Igła do trawienia Miejsce trawienia Statyw anoda: W + 8OH WO 4 2 + 4H 2 O + 6e katoda: 4H 2 O + 6e 3H 2 + 6OH Zalety powtarzalność; otrzymywanie pojedynczego ostrza igły skanującej dużą rozdzielczość igły Wady pojawianie się bardzo długich, cienkich ostrzy tzw. wiskerów

Środowiska pracy - próżnia (pomiar ex situ) - powietrze (pomiar ex situ) - ciecze (pomiar in situ) - środowisko elektrochemiczne (pomiar in situ) Główne obszary badawcze - badania struktur monokrystalicznych - badania adsorpcji i interkalacji w strukturach monokrystalicznych - badania struktur polikrystalicznych - badania elektroosadzania metali i stopów - badania ognisk korozyjnych - modyfikowanie powierzchni poprzez przyłożenie impulsów napięciowych, - manipulacje pojedynczymi klastrami lub atomami zaadsorbowanymi na powierzchni próbki - badania nanocząstek i samoorganizujących się warstw

Mikroskop STM/ECSTM skonstruowany w 1995 r. pod kierownictwem dr Tadeusza Błaszczyka na naszym Wydziale we współpracy z Wydziałem Fizyki UŁ Mikroskop Dimension TM Icon firmy Bruker Nano Surfaces Business głowica skanująca wyświetlac z LCD kamera optyczna głowica skanująca włącznik/wyłącznik próżni do podtrzymywania próbki stolik mikroskopu próbka blok granitowy stolik mikroskopu

Topografia powierzchni HOPG (STM pomiar w powietrzu, E T =+0,2 V, I T =1,0 na)

Topografia powierzchni po elektrochemicznym osadzaniu Pd (STM pomiar In situ 0.1 M HCl + 0.01 M (NH 4 ) 2 PdCl 4, E T =+0,05 V, I T =1,0 na, E W = 0.38 V) ładunek elektroosadzania -0.003 C po jednym cyklu woltamperometrycznym ładunek -0.173 C elektroosadzania Pd przy E w = +0.20 V ładunek -0.373 C elektroosadzania Pd przy E w = +0.20 V

Topografia HOPG - rozdzielczość atomowa

Topografia HOPG - rozdzielczość atomowa

Topografia złota polikrystalicznego po impulsach napięciowych między igłą skanującą a elektrodą (pomiar w powietrzu) (U TP = +4.1 V, 5.1 V, 6.1 V) I T 20

Mechanizm osadzania klasteru metalu przy użyciu igły tunelowej Klastery palladu na złocie monokrystalicznym (111) (20x20 Pd)

Znak firmowy IBM ułożony z 35. atomów ksenonu przez amerykańskiego fizyka Don Eigler Najmniejszy człowiek świata. Postać zbudowana z cząsteczek tlenku węgla osadzonych na powierzchni platyny

Podsumowanie - co zapamiętałam/em z wykładu? 1. Co oznacza skrót STM? 2. Jak nazywają się wynalazcy Skaningowego Mikroskopu Tunelowego? 3. Jak nazywał się grecki filozof, który po raz pierwszy użył "atom"? 4. Jakie zjawisko wykorzystywane jest w STM i naczym ono polega? 5. Na czym polega zasada działania STM? 6. Ile wynosi 1Å w metrach? 7. Kto odkrył zjawisko piezoelektryczności? 8. Na czym polega zjawisko piezoelektryczności? 9. Jakimi metodami można otrzymywać igły skanujące STM? 10. Co można badać i robić za pomocą STM?

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ