[화학과 물리화학 실험] SPM-STM(Scanning Tunneling MicroScope)과 AFM(Atomic Force MicroScope)

소개

1. 실험 목적
SPM의 원리를 이해하고 이것을 이용하여 HOPG의 결합길이를 구한다.
2. 실험 원리
2-1. SPM
앞으로는 과학의 추구 방향이 원자 크기대의 극소형의 것을 대상으로 하게 됨에 따라 이들을 관찰하고 조작하고 또 그 성질과 양을 이해하기 위해서는 Nano-Technology를 필요로 하게 되었다. 이러한 Nano-Technology를 선도하는 기술은 지난 80년대 발명된 STM(Scanning Tunneling MicroScope)과 AFM(Atomic Force MicroScope 을 포함하는 주사탐침현미경 (Scanning Probe MicroScope)이다.
원자는 그 크기(0.1∼0.5nm)가 너무 작아서 어떠한 기존의 현미경으로도 볼 수 없다는 기존의 통념이 SPM의 등장으로 바뀌게 되었다. 그 배율은 수천만배까지 가능하며 수평분해 0.1nm, 수직분해능 0.01nm의 3D 입체영상이 가능하게 되었다. 기존 전자현미경의 배율보다도 100배 우수하고, 개개의 원자의 수직정보, Fluid상태에서 관찰 가능하며 Sample의 전처리가 없고, 관리 경비가 저렴해 상대성의 우위로 이제 Nano-Technology의 보편적 장비가 되어가고 있다. 또한 현미경의 역할만이 아닌 원자 및 분자의 특성 관찰, 유전자 조작, Nanoindent, Heating system, SCM, NSOM 등의 개발로 미세분야로서의 물리적 기술적 접근이 용이하게 되었다. 이제는 Nano-Technology는 과학전쟁의 최첨단 경쟁력 있는 도구로서 SPM을 그 기초로 하게 되었다.

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목차

실험11. Surface observation by SPM
1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 시약
4.실험방법
5. 실험결과
6. 고찰
7. References

본문내용

2-5. SPM의 측정기능
액중 Contact AFM(Fuild Contact), 액중 Tapping Mode, 인터리브 모드(Interleave Mode), Lift Mode, 표면 전위 현미경, LFM(Lateral Force Microscope), MFM(Magnetic Force Microscope), Force Modulation, Phase Image, EFM(Electrostatic Force Microscope), SCM(Scanning Capacitance Microscope), TUNA (Tunneling-AFM), SSRM, NSOM(Near-Field Scanning Optical Microscopes), Nanolithography, SThM(Scanning Thermal MicroScope), EC-SPM(Electrochemistry Scanning Probe Microscope), 전기화학AFM, STM(EC-STM, EC-AFM), Tip Evaluation, LZT/PTR 측정전용 AFM, MultiMode Pico-Force 등이 있다.

2-6. HOPG (고배향성열분해흑연)
열분해 흑연을 고온 처리(Hot working)하여 얻어진 고배향성 열분해 흑연(Highly-Oriented Pyrolytic Graphite ; HOPG)은 단결정성(Single crystal-like) 구조를 나타낸다. 여기서 열분해 흑연(pyrolytic graphite)이란, 기판의 표면에 수직방향으로 C-축의 결정학적 우선방향성이 매우 높은 흑연재로서, 열분해 탄소를 흑연화 열처리하거나 2100K 이상의 온도에서 화학증착하여 생성하는 것이다.

3. 실험기구 및 시약
- 실험 기구 : STM, ATM
- 실험 시약 : HOPG
4.실험방법
① STM, ATM에 대한 이론에 대해 공부한다.
② HOPG를 스카치테이프와 같은 것을 이용하여 층 한 겹을 벗겨낸다.
③ HOPG를 STM에 올려놓는다.
④ 모니터링하여 탄소 삼각형의 거리를 구한다.

참고자료

· [1]. 물리화학, Peter Atkins, Juliode Paula, seventh edition
· [2]. Experimental Physical Chemist, G.Mattews, Clarendon