Atomic force acoustic microscopy
ایٹمک فورس ایکوسٹک مائکروسکوپی (اے ایف اے ایم) ایک قسم کی اسکیننگ پروب مائکروسکوپی (ایس پی ایم) ہے۔ یہ صوتیات اور جوہری قوت خوردبین کا مجموعہ ہے۔ اے ایف اے ایم اور ایس پی ایم کی دیگر شکلوں کے درمیان بنیادی فرق نمونے کے نچلے حصے میں ایک ٹرانسڈیوسر کا اضافہ ہے جو نمونے میں لانگٹیوڈینل آؤٹ آف پلین کمپن کو جنم دیتا ہے۔ ان کمپنوں کو کینٹیلیور اور ٹپ کے ذریعے محسوس کیا جاتا ہے جسے پروب کہا جاتا ہے۔ یہاں دکھایا گیا اعداد و شمار اے ایف اے ایم اصول کا واضح خاکہ ہے یہاں بی ٹپ اور نمونے کا میگنفائیڈ ورژن ہے جو ٹرانسڈیوسر اور ٹپ پر رکھا جاتا ہے جس میں لیزر لائٹ کو فوٹوڈیوڈ پر ظاہر کرنے کے لیے کچھ آپٹیکل کوٹنگ عام طور پر گولڈ کوٹنگ ہوتی ہے۔ اس خوردبین سے کسی بھی قسم کے مواد کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ خاص طور پر نینو پیمانے کی خصوصیات جیسے لچکدار ماڈیولس، شیر ماڈیولس اور پوئسون تناسب کی پیمائش کی جا سکتی ہے۔ استعمال شدہ تعدد کچھ چند کلو ہرٹز سے میگاہرٹز تک جاتی ہے، جس سے سائن لہر کا طول و عرض مستقل رہتا ہے۔ سائن لانگٹیوڈینل لہروں کو تحقیقات کے ذریعے محسوس کیا جاتا ہے، اور تحقیقات کے انحراف کا پتہ لیزر لائٹ کے ذریعے لگایا جاتا ہے جو پوزیشن حساس فوٹوڈیوڈ (پی ایس پی ڈی) پر مرکوز ہوتی ہے۔ کینٹیلیور (پروب) سے عکاسی شدہ لیزر بیم کا یہ انحراف نمونے کے لچکدار اور ٹورسنل پیرامیٹرز کی نشاندہی کرتا ہے۔ ہائی فریکوئنسی سگنل کو لاک ان ایمپلیفائر پر بھیجا جاتا ہے اور اے ایف اے ایم امیج بنانے کے لیے سگنل جنریٹر کے ذریعے بھیجے گئے ریفرنس سگنل کے ساتھ مربوط ہوتا ہے۔ ایٹم فورس مائکروسکوپی کی ترقی کے بعد سے بہت سے طریقے اور متعلقہ تکنیک سامنے آئی ہیں۔ الٹراسونک فورس مائکروسکوپی، الٹراسونک ایٹمک فورس مائکروسکوپی، اسکیننگ ایکوسٹک فورس مائکروسکوپی اور اے ایف اے ایم سبھی قریب فیلڈ مائکروسکوپی تکنیک کی شاخ کے تحت آتے ہیں جسے کانٹیکٹ ریزوننس فورس مائکروسکوپی (سی آر ایف ایم) کہا جاتا ہے۔ سی آر ایف ایم تکنیک بنیادی طور پر رابطہ گونج تعدد کے حساب پر منحصر ہے اور وہ نمونے میں تغیرات (جیسے پریپیٹیٹس اور میٹرکس) کے ساتھ کیسے منتقل ہوتے ہیں۔ ایٹمک فورس ایکوسٹک مائکروسکوپی (اے ایف اے ایم) کو اصل میں رابے اور آرنلڈ نے 1994 میں فرونہوفر انسٹی ٹیوٹ آف نان ڈسٹرکٹو ٹیسٹنگ سے تیار کیا تھا۔ یہ تکنیک اب مواد کی مقامی لچکدار خصوصیات کی کوالٹی اور مقداری پیمائش کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ اے ایف اے ایم کا استعمال انیش کمار اور دیگر نے کیا تھا۔ پولی کرسٹل لائن مواد میں پیش قدمی کا نقشہ بنانے کے لیے۔ اصول اے ایف اے ایم سیٹ اپ میں نمونے کو پیزو الیکٹرک ٹرانسڈیوسر کے ساتھ جوڑا جاتا ہے۔ یہ نمونے میں طول البلد صوتی لہروں کو خارج کرتا ہے، جس کی وجہ سے نمونے کی سطح میں سطح سے باہر کمپن پیدا ہوتا ہے۔ کمپن سینسر ٹپ کے ذریعے کینٹیلیور میں منتقل ہوتے ہیں۔ کینٹیلیور کمپن کی پیمائش 4 سیکشن فوٹو ڈائیڈ کے ذریعے کی جاتی ہے اور اس کا اندازہ لاک ان ایمپلیفائر کے ذریعے کیا جاتا ہے۔ اس سیٹ اپ کو یا تو کینٹیلیور وائبریشن سپیکٹر حاصل کرنے یا صوتی تصاویر لینے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ مؤخر الذکر گونج کے قریب ایک مقررہ محرک تعدد پر کینٹیلیور طول و عرض کے نقشے ہیں۔ کانٹیکٹ موڈ ٹوپوگرافی کی تصویر صوتی تصویر کے ساتھ بیک وقت حاصل کی جاتی ہے۔ استعمال شدہ فریکوئنسی رینج تقریبا 3 میگاہرٹز کی اوسط فریکوئنسی کے ساتھ 10 کلو ہرٹز سے 5 میگاہرٹز تک کینٹیلیور کے لچکدار طریقوں کا احاطہ کرتی ہے۔ اس کا استعمال کسی مواد کے پریپیٹیٹس اور میٹرکس کے درمیان لچکدار ماڈیولس کے تغیرات کا نقشہ بنانے کے لیے کیا جا سکتا ہے، تاکہ پتلی فلموں کی لچکدار خصوصیات کا بھی تعین کیا جا سکے۔ اسے ہوا، ویکیوم اور مائع میڈیا میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اے ایف اے ایم کے لیے استعمال ہونے والے تحقیقات سلکان نائٹرائڈ (سی 3 این 4) یا سلکان (سی) سے بنے ہوتے ہیں۔ نرم مواد کے لیے کم اسپرنگ مستقل (0.01-0.5 N/m) اور سخت مواد کے لیے اعلی اسپرنگ مستقل (42-50 N/m) والے کینٹلیور استعمال کیے جاتے ہیں۔ تحقیقات کے ڈھانچے کے اندر، کینٹلیور اور ٹپ کا مواد ایک جیسا نہیں ہو سکتا ہے۔ تجاویز عام طور پر انیسوٹروپک نقاشی یا بخارات کے جمع ہونے کا استعمال کرتے ہوئے تیار کی جاتی ہیں۔ تحقیقات کو افقی محور سے 11-15 ڈگری کے ارد گرد ایک زاویے پر رکھا جاتا ہے۔ اے ایف اے ایم میں حساب کے لیے دو ماڈل استعمال کیے جاتے ہیں: کینٹیلیور ڈائنامکس ماڈل اور کانٹیکٹ میکینکس ماڈل۔ ان دونوں ماڈلز کا استعمال کرتے ہوئے مواد کی لچکدار خصوصیات کا تعین کیا جا سکتا ہے۔ تمام حساب لیب ویو سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے کیے جاتے ہیں۔ کینٹیلیور کے آئجن طریقوں کی تعدد کا انحصار، دوسرے پیرامیٹرز کے درمیان، ٹپ-سیمپل کانٹیکٹ کی سختی اور کانٹیکٹ ریڈیئس پر ہوتا ہے، جو بدلے میں نمونے کے ینگ ماڈیولس اور ٹپ، ٹپ ریڈیئس، ٹپ کے ذریعے لگایا گیا بوجھ، اور سطح کی جیومیٹری دونوں کا ایک فنکشن ہے۔ اس طرح کی تکنیک چند دسیوں نینو میٹر کے ریزولوشن کے ساتھ رابطے کی سختی سے ینگ کے ماڈیولس کا تعین کرنے کی اجازت دیتی ہے، موڈ کی حساسیت تقریبا 5 فیصد ہے۔ ماڈلز مواد کی لچکدار خصوصیات کے حساب کے لیے ہمیں دو ماڈلز پر غور کرنے کی ضرورت ہے: کینٹیلیور متحرک ماڈل-k * (رابطے کی سختی) کا حساب ؛ اور ہرٹز رابطہ ماڈل-رابطہ میکانکس-رابطے کے علاقے پر غور کرتے ہوئے نمونے کے کم لچکدار ماڈیولس (E *) کا حساب۔ مختلف مواد کی لچکدار خصوصیات کا حساب لگانے کا طریقہ کار اوپر بیان کردہ دونوں ماڈلز کا استعمال ہمیں مختلف مواد کے لیے مختلف لچکدار خصوصیات کے درست تعین پر لے جائے گا۔ حساب کے لیے جن مراحل پر غور کرنے کی ضرورت ہے وہ یہ ہیں: کسی بھی دو موڑنے والے طریقوں کے لیے رابطے کی گونج حاصل کریں۔ دونوں طریقوں کو الگ الگ یا بیک وقت حاصل کیا جا سکتا ہے۔ بیک وقت حصول کی اہمیت کا مظاہرہ فنی اور دیگر نے کیا ہے۔ دو طریقوں کی رابطہ-گونج تعدد کی پیمائش کرکے، کوئی بھی دو مساوات لکھ سکتا ہے جن میں دو نامعلوم اقدار L1 اور k * ہیں۔ دونوں طریقوں کے لیے ٹپ پوزیشن (L1/L) کے فنکشن کے طور پر k * کو پلاٹ کرنے سے، ایک دو منحنی خطوط حاصل کرتا ہے، جن کا کراس پوائنٹ دونوں طریقوں کا استعمال کرتے ہوئے نظام کے k * کی منفرد قیمت حاصل کرتا ہے۔ ہرٹز کانٹیکٹ ماڈل کا استعمال کرتے ہوئے، k * کو E * میں تبدیل کیا جا سکتا ہے۔ چونکہ نوک کے R کی درست پیمائش بہت مشکل ہے ؛ R کی قدر جاننے کی ضرورت کو ختم کرنے کے لیے حوالہ کے نمونے پر پیمائش کی جاتی ہے۔ حوالہ کا نمونہ بے ساختہ مواد یا واحد کرسٹل ہو سکتا ہے۔ دیگر ایس پی ایم عمل پر فوائد فریکوئنسی شفٹوں کی درست پیمائش مطلق طول و عرض یا مرحلے کے مقابلے میں آسان ہے۔ ہوا کے ساتھ ساتھ مائع ماحول میں بھی استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے (ایک بوند میں)۔ کسی بھی قسم کے مواد کی جانچ کر سکتے ہیں۔ جوہری سطح کا حل۔ خامی کی خصوصیت اور پوشیدہ ڈھانچوں کا پتہ لگایا جا سکتا ہے۔ نینو مواد کی تہوں کی مقداری خصوصیت۔ نینو پیمانے پر مقداری اور معیاری پیمائش۔ نینو سطح پر ڈمپنگ پیمائش جو کریک کے آغاز اور پھیلاؤ کا حقیقی اندازہ دے سکتی ہے جو ساختی مواد کے معاملے میں بہت اہم ہیں۔ اسکیننگ ٹنلنگ مائکروسکوپی الٹراسونک فورس مائکروسکوپی اسکیننگ نیئر فیلڈ الٹراساؤنڈ ہولوگرافی اسکیننگ پروب مائکروسکوپی اسکیننگ ایکوسٹک مائکروسکوپ ہک قانون حوالہ جات بیرونی روابط اے ایف اے ایم تفصیلات رابطہ گونج امیجنگ اسکیننگ پروب مائکروسکوپی