Измерение сверхмалых масс
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
. С помощью дополнительного реперного волокна обеспечивалась привязка регистрируемых данных к координатам. Реперное кварцевое волокно и исследуемые образцы закреплялись на калиброванном электродинамическом преобразователе, осуществляющем их колебания. Пространственное расположение образцов и реперного кварцевого волокна показано на рисунке 22.
На рисунке 23 для двух образцов (диаметром 16 мкм и 2 мкм) представлена зависимость амплитуды демодулированного сигнала от положения образца, который перемещался относительно сканирующего пучка вдоль направления X от реперного кварцевого волокна к исследуемому образцу. Амплитуда продольных колебаний образца составляла 20 нм. Участок кривых AB на рисунке 22 соответствует сигналу от реперного кварцевого волокна. Далее после небольшого промежутка BC сигнал начинает возрастать (участок кривых СD), это означает, что сканирующий пучок начинает попадать на исследуемый образец. Характер изменения амплитуды сигнала демодуляции от расстояния вдоль оси X находится в соответствии с пространственным расположением образца и реперного оптического волокна (рисунок 21), что подтверждает полученные результаты.
Также исследован образец с поперечным диаметром 300 нм, снимок которого представлен на рисунке 24. На экспериментально полученной зависимости на рисунке 25 видно, что на участке AB сигнал демодуляции отсутствует. Далее сигнал резко возрастает (участок BC), что соответствует попаданию санирующего пучка на образец.
Падения сигнала в области D обусловлено формой образца, из-за которой сканирующий пучок отражается под большим углом и не попадает в интерферометр. Затем сканирующий пучок перемещается в более широкую область образца. Это отражается на экспериментальной зависимости как возрастания амплитуды сигнала (участок DE).
4.2 Детектирование и исследование собственных колебаний микрообъектов с прикрепленной массой
4.2.3 Создание установки и методика изменения дополнительной массы кантилевера
Изменение массы микрокантилеверов является наиболее сложной задачей. Использованная теоретическая модель налагает ограничения на ее расположение. Дополнительная масса должна располагаться на свободном конце кантилевера или как можно ближе к нему, симметрично относительно главной оси. В случае, например, напыления пленки изменится так же геометрический размер и упругость кантилевера, что значительно усложнит определение величины дополнительной массы.
Прикрепление каких-либо микроскопических объектов простой геометрической формы - очевидное решение данной задачи. Однако, жесткая связь объекта и кантилевера труднодостижима. Нанесение тонких слоев склеивающих или вязких жидкостей в микрометрическом масштабе технически сложно, вследствие существования у жидкостей поверхностного натяжения.
На первом этапе в качестве дополнительной массы использовались кристаллы соли, образующиеся из насыщенного солевого раствора в процессе понижения температуры.
Насыщенный раствор NaCl нагревался до температуры 97єС. На поверхность раствора опускался под небольшим углом кантилевер. Затем температура раствора медленно понижалась. Вследствие зависимости предельной концентрации раствора от температуры, начинался процесс кристаллизации. Так как температура кантилевера меньше температуры жидкости, наиболее вероятно то, что кристаллы начнут образовываться на его поверхности. Снимок кантилевера с таким кристаллом показан на рисунке 28. Однако, такой подход не позволял контролировать размеры формируемых кристаллов, а также их положение. Кроме того, в большинстве случаев процесс осаждения кристаллов соли приводил к поломке кантилевера, что позволило сделать вывод о неэффективности данного метода.
Другие методы изменения массы микрокантилевера заключались в напылении тонкой металлической пленки (платина+палладий) на кантилевер. При напылении должна создаваться сосредоточенная масса, поэтому напыление тонкой пленки на кантилевер не производилось на всю поверхность, а только на его свободный конец. При напылении только части кантилевера необходимо другую его часть временно закрыть экраном.
Один из вариантов закрытия экраном основной части кантилевера включал в себя использование тонкой парафиновой пленки. Пленка помещалась на нужное место на поверхности кантилевера с помощью трехкоординатного нанотранслятора с установленной на него тонкой кварцевой иглой. Использование дополнительного охлаждения установки решало проблему преждевременного прилипания парафина.
После того как пленка была помещена на нужное место, температура повышалась до тех пор пока пленка не начинала расплавляться. Таким образом, парафин плотно закреплялся на кантилевере. Затем на кантилевер напылялась тонкая металлическая пленка толщиной около 100 нм. Предполагалось, что такая пленка будет легко удалена с закрытой части кантилевера вместе с парафином. Однако на поверхности кантилевера оставалось много мелких кусков металлической пленки, удалить которые не удавалось.
Следующий вариант закрытия основной части кантилевера пленкой заключался в использовании полиэтиленовой пленки толщиной 5 мкм. Она так же помещалась на нужное место с помощью нанотранслятора, после чего производилось напыление металлической пленки (золото+палладий) толщиной ~40 нм.
Полиэтиленовая пленка легко удалялась с частью напыленной металлической пленки. Однако кроме металлической пленки на поверхност?/p>