مجهر المسبار الماسح (SPM)
مقدمة
علم مجهر المسبار الماسح (SPM) هو فرع من الفروع الميكروسكوبية يقوم بتشكيل صور للأسطح باستخدام مسبار فيزيائي يمرر على العينة. يمكن للعديد من هذه المجاهر تصوير عدة تفاعلات في نفس الوقت. وطريقة استخدام هذه التفاعلات للحصول على صورة تُسمى عادةً وضع. تتفاوت الدقة إلى حد ما من تقنية إلى أخرى، ولكن بعض تقنيات المسبار تصل إلى دقة ذرية مثيرة للاهتمام. لتكوين الصورتقوم المجاهر ذات المسبارالماسح بتمرير الطرف فوق السطح. في نقاط منفصلة من المسح النقطي، ويتم تسجيل القيمة وتظهر هذه القيم المُسجَّلة كخارطة حرارية لإنتاج الصور النهائية، عادةً باستخدام مقياس ألوان أبيض وأسود أو بالألوان البرتقالية... بعض أمثلة SPMs : STM وAFM وSNOM.
التعريف بالقياس
المجهر الماسح (Scanning Probe Microscope, SPM) هو تقنية متقدمة تُستخدم لدراسة الخواص الفيزيائية والكيميائية للأسطح على مستوى النانو. يعتمد SPM على استخدام مسبار صغير جداً يُسحب عبر سطح العينة، مما يسمح بجمع معلومات دقيقة حول الشكل، التركيب، والخصائص السطحية للعينة. تشمل أنواع SPM الشائعة: المجهر الماسح النفقي (STM) والمجهر الماسح بالمسح الضوئي (AFM).
تعد تقنية SPM وهو أداة قوية لدراسة المواد على مستوى النانو، حيث توفر معلومات دقيقة حول الخصائص السطحية والخصائص الأخرى. من خلال الالتزام بالشروط المطلوبة وتحليل النتائج بدقة، يمكن للباحثين الحصول على رؤى جديدة ومفيدة في مجالات متعددة.
الفائدة من القياس
دقة عالية: يمكن لـ SPM تحقيق دقة في القياس تصل إلى النانومتر، مما يجعله أداة مثالية لدراسة الهياكل النانوية.
تحليل متعدد الأبعاد: يتيح SPM فحص الخصائص الميكانيكية، الكهربائية، والحرارية للعينة، مما يوفر معلومات شاملة حول خصائص المواد.
تطبيقات متنوعة: يُستخدم SPM في مجالات متعددة مثل علم المواد، البيولوجيا، الكيمياء، والفيزياء.
أنواع العينات القابلة للقياس
1. المواد الصلبة:
المعادن: مثل الحديد، الألومنيوم، والنحاس، لدراسة التركيب السطحي والخصائص الميكانيكية.
البلورات: لدراسة التركيب البلوري والتفاعلات السطحية.
2. المواد النانوية:
الجسيمات النانوية: مثل الجسيمات الفضية أو الذهبية، لدراسة الخواص البصرية والكيميائية.
الأفلام الرقيقة: مثل الأفلام الرقيقة من البوليمرات أو المواد الفوتونية، لتحليل الخواص السطحية.
3. المواد الحيوية:
الخلايا والأنسجة: لدراسة التركيب الخلوي والتفاعلات البيولوجية.
البروتينات: لدراسة الهياكل ثلاثية الأبعاد والتفاعلات السطحية.
4. المركبات الكيميائية:
المواد الكيميائية: مثل الأحماض والقواعد، لدراسة التفاعلات السطحية.
5. المواد البوليمرية:
البوليمرات: لدراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية والتفاعلات مع العوامل البيئية.
6. الأجهزة النانوية:
المكونات الإلكترونية: مثل الترانزستورات النانوية، لدراسة الأداء السطحي والتحليل الميكانيكي.
7. المواد المركبة:
المركبات متعددة المكونات: لدراسة التفاعلات بين المكونات المختلفة.
8. المواد الليفية:
الألياف النانوية: مثل الألياف المستخدمة في التطبيقات الطبية أو البيئية، لدراسة الخصائص السطحية والميكانيكية.
شروط القياس
يجب أن تكون العينة مُحضرة بشكل دقيق. يُفضل أن تكون السطح أملساً وخالياً من الشوائب.
يمكن أن تتطلب بعض العينات معالجة خاصة (مثل التبريد أو التجفيف) قبل القياس.
تحليل النتائج
يتم تفسير النتائج بناءً على الخصائص الميكانيكية والكيميائية والفيزيائية المستخلصة من القياسات، مع مراعاة الظروف التي أُجريت فيها التجارب.