Atomic force acoustic microscopy
அணுசக்தி ஒலி நுண்ணோக்கி (ஏ. எஃப். ஏ. எம்) என்பது ஒரு வகை ஸ்கேனிங் ப்ரோப் நுண்ணோக்கி (எஸ். பி. எம்) ஆகும். இது ஒலியியல் மற்றும் அணுசக்தி நுண்ணோக்கியின் கலவையாகும். ஏ. எஃப். ஏ. எம் மற்றும் எஸ். பி. எம் இன் பிற வடிவங்களுக்கு இடையிலான முக்கிய வேறுபாடு மாதிரியின் அடிப்பகுதியில் ஒரு டிரான்ஸ்யூசரைச் சேர்ப்பதாகும், இது மாதிரியில் நீளமான விமானத்திற்கு வெளியே அதிர்வுகளைத் தூண்டுகிறது. இந்த அதிர்வுகள் ஒரு கான்டிலீவர் மற்றும் முனை மூலம் ஒரு ப்ரோப் என்று அழைக்கப்படுகின்றன. இங்கே காட்டப்பட்டுள்ள உருவம் ஏ. எஃப். ஏ. எம் கொள்கையின் தெளிவான திட்டமாகும், இங்கே பி என்பது முனை மற்றும் மாதிரியின் உருப்பெருக்கம் செய்யப்பட்ட பதிப்பாகும், இது டிரான்ஸ்யூசர் மற்றும் முனையில் வைக்கப்படுகிறது, லேசர் ஒளியை ஃபோட்டோடியோட்டில் பிரதிபலிக்க சில ஒளியியல் பூச்சு பொதுவாக தங்க பூச்சு உள்ளது. இந்த நுண்ணோக்கி மூலம் எந்த வகையான பொருளையும் அளவிட முடியும். குறிப்பாக, எலாஸ்டிக் மாடுலஸ், ஷியர் மாடுலஸ் மற்றும் பாய்சான் விகிதம் போன்ற நானோ அளவிலான பண்புகளை அளவிட முடியும். பயன்படுத்தப்படும் அதிர்வெண் சில சில கிலோஹெர்ட்ஸ் முதல் மெகா ஹெர்ட்ஸ் வரை மாறுகிறது, இது சைன் அலை வீச்சை நிலையானதாக வைத்திருக்கிறது. சைன் நீளமான அலைகள் ஆய்வகத்தால் உணரப்படுகின்றன, மேலும் ஆய்வின் விலகல் ஒரு நிலை உணர்திறன் ஃபோட்டோடியோட் (பி. எஸ். பி. டி) மீது கவனம் செலுத்தும் லேசர் ஒளியால் கண்டறியப்படுகிறது. கான்டிலீவர் (ப்ரோப்) இலிருந்து பிரதிபலித்த லேசர் கற்றை இந்த விலகல் மாதிரியின் நெகிழ்வுத்தன்மை மற்றும் முறுக்கு அளவுருக்களைக் குறிக்கிறது. உயர் அதிர்வெண் சமிக்ஞை ஒரு பூட்டு பெருக்கிக்கு அனுப்பப்படுகிறது மற்றும் ஏ. எஃப். ஏ. எம் படத்தை உருவாக்க சமிக்ஞை ஜெனரேட்டரால் அனுப்பப்பட்ட குறிப்பு சமிக்ஞையுடன் தொடர்புபடுத்தப்படுகிறது. அணுசக்தி நுண்ணோக்கியின் வளர்ச்சியிலிருந்து பல முறைகள் மற்றும் தொடர்புடைய நுட்பங்கள் வெளிவந்துள்ளன. மீயொலி விசை நுண்ணோக்கி, மீயொலி அணு விசை நுண்ணோக்கி, ஸ்கேனிங் ஒலி விசை நுண்ணோக்கி மற்றும் ஏ. எஃப். ஏ. எம் அனைத்தும் தொடர்பு அதிர்வு விசை நுண்ணோக்கி (சி. ஆர். எஃப். எம்) எனப்படும் அருகிலுள்ள புல நுண்ணோக்கி நுட்பங்களின் கிளையின் கீழ் வருகின்றன. சி. ஆர். எஃப். எம் நுட்பங்கள் முக்கியமாக தொடர்பு அதிர்வு அதிர்வெண்களின் கணக்கீடு மற்றும் மாதிரியில் உள்ள மாறுபாடுகளுடன் (வீழ்படிவங்கள் மற்றும் அணி போன்றவை) அவை எவ்வாறு மாறுகின்றன என்பதைப் பொறுத்தது. வரலாற்று அணுசக்தி ஒலி நுண்ணோக்கி (ஏ. எஃப். ஏ. எம்) முதலில் 1994 ஆம் ஆண்டில் ஃப்ரான்ஹோஃபர் இன்ஸ்டிடியூட் ஆஃப் நான்டெஸ்ட்ரக்டிவ் டெஸ்டிங்கிலிருந்து ராபே மற்றும் அர்னால்ட் ஆகியோரால் உருவாக்கப்பட்டது. இந்த நுட்பம் இப்போது பொருட்களின் உள்ளூர் நெகிழ்வான பண்புகளின் தரமான மற்றும் அளவு அளவீடுகளுக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. அனிஷ் குமார் மற்றும் பலர் ஏ. எஃப். ஏ. எம்-ஐப் பயன்படுத்தினர். பாலிக்ரிஸ்டலின் பொருட்களில் உள்ள வீழ்படிவங்களை வரைபடமாக்க. கொள்கை ஏ. எஃப். ஏ. எம் அமைப்பில் மாதிரி ஒரு பைசோ எலக்ட்ரிக் டிரான்ஸ்யூசருடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. இது மாதிரியில் நீளமான ஒலி அலைகளை வெளியிடுகிறது, இது மாதிரியின் மேற்பரப்பில் விமானத்திற்கு வெளியே அதிர்வுகளை ஏற்படுத்துகிறது. அதிர்வுகள் சென்சார் முனை வழியாக கான்டிலீவருக்குள் பரவுகின்றன. கான்டிலீவர் அதிர்வுகள் 4-பிரிவு ஃபோட்டோ-டையோட் மூலம் அளவிடப்படுகின்றன மற்றும் ஒரு பூட்டு பெருக்கி மூலம் மதிப்பீடு செய்யப்படுகின்றன. இந்த அமைப்பை கான்டிலீவர் அதிர்வு நிறமாலையைப் பெறுவதற்கோ அல்லது ஒலிப் படங்களை எடுப்பதற்கோ பயன்படுத்தலாம். பிந்தையது அதிர்வுக்கு அருகிலுள்ள ஒரு நிலையான கிளர்ச்சி அதிர்வெண்ணில் கான்டிலீவர் வீச்சுகளின் வரைபடங்கள் ஆகும். ஒரு தொடர்பு-முறை நிலப்பரப்பு படம் ஒலியியல் படத்துடன் ஒரே நேரத்தில் பெறப்படுகிறது. பயன்படுத்தப்படும் அதிர்வெண் வரம்பு கான்டிலீவரின் நெகிழ்வு முறைகளை 10 கிலோஹெர்ட்ஸ் முதல் 5 மெகா ஹெர்ட்ஸ் வரை உள்ளடக்கியது, சராசரி அதிர்வெண் சுமார் 3 மெகா ஹெர்ட்ஸ் ஆகும். ஒரு பொருளின் வீழ்படிவங்கள் மற்றும் மேட்ரிக்ஸுக்கு இடையிலான நெகிழ்வான மாடுலஸ் மாறுபாடுகளை வரைபடமாக்க இதைப் பயன்படுத்தலாம், இதனால் மெல்லிய படலங்களின் நெகிழ்வான பண்புகளை கூட தீர்மானிக்க முடியும். இது காற்று, வெற்றிடம் மற்றும் திரவ ஊடகங்களில் பயன்படுத்தப்படலாம். ஏ. எஃப். ஏ. எம்-க்கு பயன்படுத்தப்படும் ஆய்வுகள் சிலிக்கான் நைட்ரைடு (சி 3 என் 4) அல்லது சிலிக்கான் (சி) ஆகியவற்றால் ஆனவை. மென்மையான பொருட்களுக்கு குறைந்த ஸ்ப்ரிங் மாறிலிகள் (0.01-0.5 N/m) மற்றும் கடினமான பொருட்களுக்கு அதிக ஸ்ப்ரிங் மாறிலிகள் (42-50 N/m) கொண்ட கான்டிலீவர்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஆய்வுக் கட்டமைப்பிற்குள், கான்டிலீவர் மற்றும் முனை பொருள் ஒரே மாதிரியாக இருக்காது. குறிப்புகள் பொதுவாக அனிசோட்ரோபிக் பொறித்தல் அல்லது நீராவி படிவு பயன்படுத்தி தயாரிக்கப்படுகின்றன. இந்த ஆய்வு கிடைமட்ட அச்சிலிருந்து 11-15 டிகிரிகளைச் சுற்றியுள்ள கோணத்தில் வைக்கப்படுகிறது. ஏ. எஃப். ஏ. எம் இல் உள்ள கணக்கீடுகளுக்கு இரண்டு மாதிரிகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றனஃ கான்டிலீவர் இயக்கவியல் மாதிரி மற்றும் தொடர்பு இயக்கவியல் மாதிரி. இந்த இரண்டு மாதிரிகளைப் பயன்படுத்தி பொருட்களின் நெகிழ்வான பண்புகளை தீர்மானிக்க முடியும். அனைத்து கணக்கீடுகளும் லாப்வியூ மென்பொருளைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகின்றன. கான்டிலீவரின் ஐகென் முறைகளின் அதிர்வெண் மற்ற அளவுருக்களுடன், முனை-மாதிரி தொடர்பின் விறைப்பு மற்றும் தொடர்பு ஆரம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்தது, இவை இரண்டும் மாதிரியின் யங் மாடுலஸ் மற்றும் முனை, முனை ஆரம், முனையால் செலுத்தப்படும் சுமை மற்றும் மேற்பரப்பின் வடிவியல் ஆகியவற்றின் செயல்பாடாகும். இத்தகைய நுட்பம் ஒரு சில பத்து நானோமீட்டர்களின் தெளிவுத்திறனுடன் தொடர்பு விறைப்புத்தன்மையிலிருந்து யங் மாடுலஸை தீர்மானிக்க அனுமதிக்கிறது, முறை உணர்திறன் சுமார் 5 சதவீதம் ஆகும். மாதிரிகள் பொருட்களின் நெகிழ்வான பண்புகளைக் கணக்கிடுவதற்கு நாம் இரண்டு மாதிரிகளைக் கருத்தில் கொள்ள வேண்டும்ஃ கான்டிலீவர் டைனமிக் மாதிரி-k * (தொடர்பு விறைப்பு) கணக்கீடு; மற்றும் ஹெர்ட்ஸ் தொடர்பு மாதிரி-தொடர்பு இயக்கவியல்-தொடர்பு பகுதியைக் கருத்தில் கொண்டு மாதிரியின் குறைக்கப்பட்ட நெகிழ்வான மாடுலஸ் (E *) கணக்கீடு. பல்வேறு பொருட்களின் நெகிழ்வான பண்புகளைக் கணக்கிடுவதற்கான நடைமுறை மேலே குறிப்பிட்டுள்ள இரண்டு மாதிரிகளின் பயன்பாடு பல்வேறு பொருட்களுக்கான பல்வேறு நெகிழ்வான பண்புகளைத் தீர்மானிப்பதைச் சரிசெய்யும். கணக்கீட்டிற்கு கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய படிகள் பின்வருமாறுஃ ஏதேனும் இரண்டு வளைவு முறைகளுக்கு தொடர்பு அதிர்வுகளைப் பெறுங்கள். இரண்டு முறைகளையும் தனித்தனியாகவோ அல்லது ஒரே நேரத்தில் பெறலாம். ஒரே நேரத்தில் கையகப்படுத்துவதன் முக்கியத்துவத்தை ஃபானி மற்றும் பலர் நிரூபித்துள்ளனர். இரண்டு முறைகளின் தொடர்பு-அதிர்வு அதிர்வெண்களை அளவிடுவதன் மூலம், L1 மற்றும் k * என்ற இரண்டு அறியப்படாத மதிப்புகளைக் கொண்ட இரண்டு சமன்பாடுகளை எழுதலாம். இரண்டு முறைகளுக்கும் முனை நிலையின் (L1/L) செயல்பாடாக k * ஐ வரைவதன் மூலம், ஒருவர் இரண்டு வளைவுகளைப் பெறுகிறார், இதன் குறுக்கு-புள்ளி இரண்டு முறைகளையும் பயன்படுத்தி அமைப்பின் k * இன் தனித்துவமான மதிப்பை வழங்குகிறது. ஹெர்ட்ஸ் தொடர்பு மாதிரியைப் பயன்படுத்தி, k * ஐ E * ஆக மாற்றலாம். முனையின் R இன் துல்லியமான அளவீடு மிகவும் கடினம் என்பதால், R இன் மதிப்பை அறிந்து கொள்வதற்கான தேவையை அகற்ற ஒரு குறிப்பு மாதிரியின் அளவீடு மேற்கொள்ளப்படுகிறது. குறிப்பு மாதிரி ஒரு உருவமற்ற பொருள் அல்லது ஒற்றை படிகமாக இருக்கலாம். பிற எஸ். பி. எம் செயல்முறைகளை விட நன்மைகள் முழுமையான வீச்சு அல்லது கட்டத்தை விட அதிர்வெண் மாற்றங்களை துல்லியமாக அளவிடுவது எளிது. காற்று மற்றும் திரவ சூழலில் (ஒரு துளியில்) பயன்படுத்தப்படலாம். எந்த வகையான பொருளையும் சோதிக்க முடியும். அணு நிலை தீர்மானம். குறைபாடு வகைப்படுத்தல் மற்றும் மறைக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகளைக் கண்டறிதல் ஆகியவற்றைச் செய்யலாம். நானோ பொருள் அடுக்குகளின் அளவு தன்மை. நானோ அளவில் அளவு மற்றும் தர அளவீடுகள். நானோ மட்டத்தில் டாம்பிங் அளவீடுகள், இது விரிசல் துவக்கம் மற்றும் பரப்புதல் பற்றிய உண்மையான யோசனையை வழங்க முடியும், அவை கட்டமைப்பு பொருட்களின் விஷயத்தில் மிகவும் முக்கியமானவை. ஸ்கேனிங் டன்னலிங் நுண்ணோக்கி மீயொலி விசை நுண்ணோக்கி ஸ்கேனிங் நியர் ஃபீல்ட் அல்ட்ராசவுண்ட் ஹாலோகிராஃபி ஸ்கேனிங் ப்ரோப் நுண்ணோக்கி ஸ்கேனிங் ஒலி நுண்ணோக்கி ஹூக்ஸ் சட்டம் குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் ஏ. எஃப். ஏ. எம் விவரங்கள் தொடர்பு அதிர்வு இமேஜிங் ஸ்கேனிங் ப்ரோப் நுண்ணோக்கி