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Come utilizzare PFM per rilevare le proprietà dei materiali dalla scala di micron a nanometro? Quanto sono potenti queste tecnologie?
Se vuoi sapere come visualizzare le proprietà dei materiali di Micron a su scala nanometrica e comprendere il meccanismo di lavoro dietro di loro, la microscopia a forza piezoresponse (PFM) sarà uno strumento promettente per esplorare questo campo.Questa tecnologia non può solo immaginare le caratteristiche dei materiali piezoelettrici o dei materiali ferroelettrici, ma ottenere anche le informazioni sulla topologia superficiale del campione allo stesso tempo, che forniscono senza dubbio una prospettiva completamente nuova per la scienza dei materiali, in particolare per le caratteristiche dei materiali al micron e al nanoscala livelli.
PFM utilizza una tensione alternata applicata alla sonda conduttiva per stimolare la deformazione del campione, consentendo l'imaging ad alta risoluzione.
Principi di base
Panoramica generale
Poiché la tecnologia PFM è stata implementata per la prima volta da Güthner e Dransfeld, ha gradualmente attirato l'attenzione di sempre più ricercatori.Ciò è dovuto principalmente all'ampia applicazione di PFM in molti campi come materiali ferroelettrici, semiconduttori e persino biologia e i suoi relativamente pochi difetti.Nelle applicazioni più comuni, PFM è in grado di esplorare proprietà in nanoscala da scale relativamente grandi (ad esempio, scansioni 100 × 100 micron) e contemporaneamente immagine la topologia superficiale del campione.
Effetto piezoelettrico
L'effetto piezoelettrico (CPE) descrive come il campo elettrico applicato produce deformazione, che a sua volta provoca deformazione fisica del materiale.Ciò significa che PFM può rilevare la struttura del dominio del materiale e determinare il loro orientamento, che è cruciale per comprendere le proprietà del materiale.
La caratteristica più importante di PFM è che la sonda deve essere conduttiva in modo che la tensione di bias possa essere applicata al campione.
Tecnologia di rilevamento del segnale
Il rilevamento del segnale di PFM di solito dipende da un amplificatore bloccato a fase (LIA).Lia separa le informazioni utili nel segnale confrontando il segnale di ingresso con il segnale di riferimento, che è il metodo principale della demodulazione del segnale.Questo processo di demodulazione ci consente di estrarre i dati richiesti da segnali di spostamento estremamente minuscoli, dando così la tecnologia PFM una sensibilità estremamente elevata.
Esempio di imaging PFM
Le capacità di imaging di PFM sono state ampiamente utilizzate in diversi materiali, come la struttura del dominio a 180 ° nel titanato di potassio (KTP) e possono mostrare il comportamento di queste strutture su scale di micro e nanoscala.
PFM è stato applicato con successo all'analisi di materiali biologici come denti, ossa e collagene, suggerendo che il potenziale piezoelettricità nei materiali biologici può svolgere un ruolo importante nella loro meccanobiologia.
Modalità PFM avanzata
Oltre alla forma di base PFM, gli scienziati hanno sviluppato una varietà di modalità avanzate come Flash PFM (Stroboscopic PFM) e Resonance PFM (contatto Resonance PFM).Queste tecnologie migliorate consentono agli utenti di rilevare funzionalità in nanoscala e processi dinamici in modo più accurato.
Conclusione
In breve, la tecnologia PFM ha portato la tecnologia di imaging tradizionale a un livello completamente nuovo, sia alla micro che alla nanoscala.Ciò non solo migliora la nostra comprensione della struttura interna dei materiali, ma porta anche più possibilità per lo sviluppo e l'applicazione dei materiali futuri.Mentre intraprendiamo il viaggio di esplorare il mondo microscopico e affrontare una tecnologia così avanzata, sei curioso di sapere come influenzerà la nostra comprensione e l'applicazione della scienza dei materiali?
