Министерство образования и науки Российской Федерации

Гоу впо «Саратовский государственный технический университет»

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ МЕТОДАМИ СКАНИРУЮЩЕЙ

ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Методические указания к выполнению учебно-исследовательской лабораторной работы

по курсам «Материаловедение», «Материалы и покрытия

в имплантологии», «Напыленные покрытия», «Метрология, стандартизация и сертификация» для студентов специальностей 190500, 120700, 150600.62, 150600.68, 200300.62, 200300.68

дневной формы обучения

Одобрено редакционно-издательским советом Саратовского государственного технического университета

Саратов 2011 введение

Физико-механические характеристики поверхности материалов оказываются наиболее важными в процессах, сопровождающихся трением, износом, взаимодействием с различными видами излучений, контактом с биотканями и многим другим. Для исследования свойств поверхности используются различные приспособления и устройства, заменившие человеку его собственные органы чувств. Так разрешающая способность человеческого глаза около 0,1 мм и чтобы увидеть более мелкие предметы, требуется специальное устройство – микроскоп. Изобретенный в конце XVII века оптический микроскоп открыл человеку микромир с пределом пространственного разрешения около 0,5 мкм. Следующим этапом погружения «в глубины» микромира стал электронный микроскоп. Его разрешение достигает нескольких ангстрем (1 Å = 0,1 нм), благодаря чему удалось получить изображение вирусов, молекул и даже атомов.

Оптический и электронный микроскоп дают лишь плоскую картинку. Увидеть трехмерную структуру микромира удалось только тогда, когда на смену оптическому лучу пришла тончайшая игла – микрозонд (его называют кантилевером, от англ. cantilever – консоль, балка). Вначале принцип механического сканирования с помощью микрозонда нашел применение в сканирующей туннельной микроскопии (СТМ), а затем на этой основе был разработан более универсальный метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), который позволяет анализировать на атомном уровне структуру самых разных материалов – стекла, керамики, пластмассы, металлы, полупроводники. Измерение можно проводить не только в вакууме, но и на воздухе, в атмосфере любого газа и даже в капле жидкости (что незаменимо для исследования биологических объектов).

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с основными физико-механическими характеристиками структуры поверхности материалов, методикой их исследования, а также практическим использованием зондовой микроскопии.

К работе допускаются студенты, изучившие настоящие методические указания и имеющие навыки работы с электроизмерительными приборами и аппаратурой.

Работа выполняется студентами самостоятельно под руководством преподавателя или лаборанта. Как правило, для выполнения работы студенты объединятся в группы по 3…5 человек. При выполнении лабораторной работы каждый студент оформляет отчет в отдельной тетради.