Language
Country/Area
No result found
Как использовать технологию PFM для исследования внутренней микроструктуры материалов? Узнайте секрет высокого разрешения!
С быстрым развитием современной науки и техники глубокое понимание внутренней микроструктуры материалов стало одним из направлений многих областей исследований. Силовая микроскопия пьезоотклика (PFM) — это инновационный вариант атомно-силового микроскопа, способный получать изображения и манипулировать полем пьезоэлектрических/сегнетоэлектрических материалов с высоким разрешением. В этой статье мы углубимся в принципы работы и применения PFM и раскроем секреты его высокого разрешения.
Основные принципы технологии PFM
Технология PFM постепенно привлекла широкое внимание с момента ее первого внедрения, главным образом благодаря своим преимуществам в различных областях сегнетоэлектриков, полупроводников и даже биологии.
PFM позволяет исследователям идентифицировать области различных размеров, от 100 × 100 мкм2 до наноразмеров, одновременно отображая топографию поверхности образца.
В типичной операции PFM исследователи используют острый проводящий зонд для контакта с пьезоэлектрическим материалом и подают на зонд переменное напряжение, чтобы стимулировать деформацию образца. Отклонение зонда обнаруживается стандартными методами обнаружения с разделенными фотодиодами и демодулируется синхронным усилителем для получения изображений с высоким разрешением.
Базовые знания о пьезоэлектрическом эффекте
Пьезоэлектрический эффект описывает деформацию, создаваемую материалом при приложении электрического поля. Этот эффект позволяет PFM обнаруживать электрические и механические изменения в материалах. Если взять в качестве примера BaTiO3, то при подаче напряжения 1 В произойдет небольшое смещение, всего 0,0856 нанометра. Такие небольшие смещения трудно уловить традиционными системами обнаружения, поэтому PFM использует технологию фазовой синхронизации, чтобы отделить целевой сигнал от случайного шума.
Несколько режимов визуализации PFM
Технологию PFM можно разделить на вертикальный и латеральный режимы визуализации. Разделив фотодиодный детектор, PFM может получать сигналы пьезоэлектрического отклика в плоскости и вне плоскости для анализа направления поляризации материала.
В режиме вертикальной ЧИМ направление поляризации можно определить с помощью информации о фазе, а в режиме боковой ЧИМ можно определить компоненты поляризации в плоскости.
Применение PFM в биоматериалах
Применение технологии PFM в биоматериалах также показало ее широкий потенциал, например, при исследовании зубов, костей, легких и отдельных коллагеновых волокон. Эндогенное пьезоэлектричество этих материалов может играть важную роль в их механической биологии. играют ключевую роль в обучении.
Знакомство с расширенным режимом PFM
С развитием технологий компания PFM также запустила множество расширенных режимов, значительно повышающих гибкость обнаружения наноразмерных объектов. Например, технология последовательной во времени ЧИМ позволяет мгновенно визуализировать переключение материала путем подачи импульсов напряжения выше критического напряжения на образец и последующего формирования изображений, фиксирующих мгновенный процесс переключения.
Кроме того, технология контактно-резонансной ЧИМ улучшает соотношение сигнал/шум сигнала за счет регулировки применяемой частоты, тем самым достигая более высокой точности измерений. Технология PFM спектра переключения (SS) еще больше расширяет диапазон применения PFM и обеспечивает определение свойств материалов в различных электрических полях.
Заключение
Развитие технологии PFM быстро стимулирует исследования в области материаловедения, электроники и даже биомедицины. Эта технология может раскрыть тайны внутренней структуры различных материалов с высоким разрешением, и по мере дальнейшего развития технологии появятся более сложные методы наблюдения и исследования. В каких новых областях или технологиях PFM сможет продолжать проявлять свой потенциал в будущем?
