Language
Country/Area
No result found
то такое пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ПСМ)? Узнайте, как эта технология производит революцию в материаловедении
В современной области материаловедения технология пьезоэлектрической силовой микроскопии (PFN) привлекает внимание исследователей своими уникальными возможностями. В основе этого метода микроскопии лежит возможность точно визуализировать и манипулировать полями пьезоэлектрических и сегнетоэлектрических материалов, что обеспечивает беспрецедентное понимание внутренней структуры материалов.
Пьезоэлектрическая силовая микроскопия — это разновидность атомно-силовой микроскопии, которая стимулирует деформацию пьезоэлектрического материала путем контакта острого проводящего зонда с поверхностью пьезоэлектрического материала.
Принцип работы PFM прост, но очень эффективен. При приложении переменного тока смещения к зонду деформация между зондом и образцом приводит к отклонению кантилевера зонда. Эти крошечные сдвиги можно уловить с помощью детектора с разделенным фотодиодом и демодулировать с помощью метода синхронного усиления для получения микроструктурных и электрических характеристик материала.
Основные принципы и приложения
С момента своего появления пьезоэлектрическая силовая микроскопия быстро стала важным инструментом в материаловедении. С момента первой реализации Гютнером и Дрансфельдом масштаб и значение PFM продолжали расширяться.
Эта методика позволяет исследователям идентифицировать пьезоэлектрические поля от макро- до наномасштабов и одновременно визуализировать топологию поверхности.
Развитие PFM предоставляет исследователям беспрецедентную гибкость, позволяя им использовать технологию фазовой синхронизации усиления для наблюдения за различными материалами, такими как сегнетоэлектрики, полупроводники и биоматериалы, которые являются важными объектами исследований.
Технические подробности
Рабочий процесс пьезоэлектрической силовой микроскопии включает в себя несколько ключевых технических элементов. Во-первых, чтобы иметь возможность манипулировать материалами на микроскопическом уровне, зонд должен быть достаточно проводящим, как правило, путем покрытия стандартного кремниевого зонда проводящим материалом, таким как платина, золото или тантал.
При подаче напряжения эффект Кулона в пьезоэлектрических материалах вызывает деформацию — процесс, известный как обратный пьезоэлектрический эффект. Движение зонда регистрируется фотодиодом и демодулируется синхронным усилителем, что позволяет ученым получать ценные данные о материале.
Пример изображения PFM
PFM может обеспечивать получение изображений с чрезвычайно высоким разрешением и имеет важные приложения для многих материалов. Например, визуализируя периодически поляризованные 180° домены в фосфате калия-титана (KTP), исследователи смогли наблюдать изменения фазы — информацию, которая имеет ключевое значение для понимания свойств материала.
Эта технология не ограничивается неорганическими материалами, но может также применяться к биологическим материалам, таким как зубы, кости, легкие и коллагеновые волокна, которые все потенциально важны.
Расширенный режим PFM
С развитием технологий усовершенствованные режимы PFM, такие как импульсная технология и технология контактного резонанса, позволяют исследователям сканировать с более высоким разрешением, проводить исследования изображений в реальном времени, измерять усиление пьезоэлектрического отклика и т. д. Подобные инновации продолжают способствовать прогрессу научных исследований. Заключение
Пьезоэлектрическая силовая микроскопия (ПСМ) находится на переднем крае быстрого развития и продолжает открывать новые главы в материаловедении, как в фундаментальных исследованиях, так и в прикладном научном духе. Как эта сложная технология повлияет на будущее направление научных исследований?
