Datum: Autor:Fabian Thomssen Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71...

Datum:

Autor: Fabian Thomssen

Swiss Nano-Cube

Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen

Tel. +41 (0) 71 278 02 04, [email protected]

www.swissnanocube.ch

Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für

Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere

Fachschulen

LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops

April 2014

© 2014 - Swiss Nano-Cube

Gliederung des Moduls

Grundlagen Die Nano-Dimension Theoretische Grundlagen zum Rasterkraftmikroskop

(AFM) Informationen zum Rasterkraftmikroskop-Modell (LEGO®

Mindstorms) Bilder

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Inhalt


Grundlagen

Was ist die Nano-Dimension? Was ist ein Rasterkraftmikroskop? Wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop? Wie sehen Scans eines Rasterkraftmikroskops aus? Wie können Sie sich selbst ein Modell eines

Rasterkraftmikroskops bauen?

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Fragestellungen


Grundlagen

Was ein Atom ist Was ein Mikroskop ist Was positive und negative Exponenten bedeuten

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Was Sie schon wissen sollten


Die Nano-Dimension

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Quelle: Universität Mainz Quelle: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp

Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren

Quelle: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V.

Was ist das?

1 Nanometer = 0.000000001 (10−9) Meter

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Die Nano-Dimension

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Graphit: Mit dem menschlichen Auge

Graphit: Mit dem Lichtmikroskop

Graphit: Mit dem Elektronenmikroskop

Graphit: Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM)

Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures

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Das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) dient zur Darstellung von Oberflächen in der Nanodimension.

1986 erhielten Heinrich Rohrer und Gerd Binnig den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung eines Rastertunnelmikroskops (IBM-Forschungslabor, Rüschlikon).

Das Rasterkraftmikroskop besitzt einen Fühler, dessen Spitze eine Grösse von wenigen Nanometern aufweist.

Kleinste Unebenheiten im Nanometerbereich werden durch die Atome an der Spitze des Fühlers wahrgenommen. Die Unebenheit führt zu einer Auslenkung des Fühlers, welche durch einen Laserstrahl auf einen Detektor übertragen wird.

Die Struktur der Oberfläche wird von einem Computer berechnet und visuell dargestellt.

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Rasterkraftmikroskop

Allgemeines



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Atome an der Spitze des AFM-Fühlers

Atome auf der Probenoberfläche

abstossende Kraft

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SCAN 1

500 nm

LASER

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Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop.

Quelle: CreativeCommons, Originaldatei: http://de.wikipedia.org/

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http://www.youtube.com/watch?v=MNQqn0uNdqs

NanoWelten: NanoKontakt

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Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures

AFM: Oberfläche eines Brillenglases

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Quelle: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures

© Dirk Hoffmann - Fotolia.com

AFM: Oberfläche von Kupfer

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Funktioniert wie ein richtiges Rasterkraftmikroskop Kann selbst nachgebaut werden Besteht hauptsächlich aus LEGO®-Bausteinen Materialkosten: ungefähr 750 CHF

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LEGO®-AFM-Modell

Allgemeines


Im Vergleich zum wirklichen AFM ist das LEGO®-Modell sehr kostengünstig.

Der Zusammenbau des LEGO ®-Modells ist relativ einfach. Es hat dasselbe Funktionsprinzip wie ein richtiges Atomic

Force Microscope. Sehr gut für Lehrzwecke geeignet

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LEGO®-AFM-Modell

Vorteile des LEGO®-AFM-Modells


Die Messungen sind nicht sehr präzise. Für den Zusammenbau des Modells müssen ca. 5

Stunden Zeit einkalkuliert werden.

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LEGO®-AFM-Modell

Beim Arbeiten mit dem LEGO®-AFM-Modell ist zu berücksichtigen:

http://mcise.uri.edu/park/MNEL/legoafm/index.html


Das Modell besteht fast ausschliesslich aus LEGO®-Teilen. Die meisten davon befinden sich im „LEGO® Mindstorms“ Set, die restlichen können bei einem Online-Shop (beispielsweise Pick a Brick) bestellt werden.

Neben den LEGO®-Teilen werden noch folgende Komponenten benötigt:SpiegelLaserpointer

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LEGO®-AFM-Modell

Was wird zum Bau benötigt?

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