Miniaturisierte Piezorohre in der Rastersondenmikroskopie

Rastersondenverfahren ermöglichen in der Mikroskopie topografische Aufnahmen mit einer Auflösung im Sub-Nanometerbereich. Beim AFM-Verfahren (Atomic Force Microscopy) führt das Rasterkraftmikroskop die Messspitze in einem definierten Raster zeilenweise über die Probenoberfläche. So werden Kräfte zwischen der sehr dünnen Messspitze und der Objektoberfläche gemessen, die mit einem lateralen Auflösungsvermögen bis in den Picometerbereich Aufschluss über die Topografie der Oberfläche geben. Weitere Probeneigenschaften wie Adhäsion, Steifigkeit oder Viskosität lassen sich ebenfalls bestimmen.

(Mini-)Piezorohre positionieren AFM-Spitze und Probe

Kleinste Piezorohre von PI Ceramic bewegen das Abtastelement des Rasterkraftmikroskops, bestehend aus einer Feder (Cantilever) und der Spitze des AFM, hochdynamisch auf der XYZ-Ebene. Der Einsatz dieser Piezorohre mit einem Außendurchmesser von 0,45 bis 1,5 Millimetern ermöglicht einen besonders kompakten Aufbau und ersetzt die klassische Konstruktion aus einzelnen Tripoden für die X-, Y- und Z-Bewegung. Der entscheidende Vorteil dabei ist die hohe Dynamik der Piezo-Scanrohre: Da die Bewegung auf Festkörpereffekte zurückzuführen ist, wird eine Positionsauflösung bis in den Picometerbereich bei Ansprechzeiten von wenigen Mikrosekunden erreicht. Die erreichbaren Auslenkungen liegen bei mehreren 10 Mikrometern, für größere Stellbereiche über einige hundert Mikrometer übernehmen diese Aufgabe Piezo-Scantische.

Für dynamische Untersuchungen, wie sie im Nicht-Kontakt-Modus der Rasterkraftmikroskopie (nc-AFM) durchgeführt werden, sind zusätzlich Piezoscheiben oder -platten am Cantilever angebracht, um die Messspitze dynamisch zum Schwingen zu bringen. Die AFM-Spitze bleibt wenige zehn Nanometer oberhalb der Oberfläche, berührt sie jedoch nicht. Mit dieser Methode lassen sich selbst Abbildungen atomarer Strukturen aufnehmen.

Mehr zum Einsatz von miniaturisierten Piezokomponenten erfahren Sie hier.