LEGO-Modell eines Rasterkraftmikroskop - Die Funktionsweise eines Rasterkraftmikroskops (AFM)
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Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für
Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen
LEGO®-Modell eines
Rasterkraftmikroskop
Die Funktionsweise eines
Rasterkraftmikroskops (AFM)
Datum: Mai 2014
Autoren: Fabian Thomssen, Nina Schneider
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch
Swiss Nano-Cube
Lerchenfeldstrasse 5,
9014 St.Gallen (Schweiz)
Tel. +41 (0) 71 278 02 04
info@swissnanocube.ch
www.swissnanocube.ch
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Das LEGO -AFM-Modell wurde von der University of Rhode Island entwickelt. Die
dazugehörigen Dokumente wurden von der Innovationsgesellschaft, St. Gallen ins Deutsche
übersetzt und angepasst.
Dieses Modul wurde im Rahmen des Projektes Swiss Nano-Cube realisiert.
Autoren: Fabian Thomssen, Nina Schneider
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1. Modulübersicht
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Das Unterrichtsmodul "LEGO Modell eines Rasterkraftmikroskops" wurde im Rahmen des
"Swiss Nano-Cube"-Projektes realisiert und richtet sich an Lernende und Lehrpersonen der
Sekundarstufen 1 und 2. Zum Einstieg in die Thematik wird die Nano-Dimension beschrieben
und die Grundlagen der Rasterkraftmikroskopie werden erläutert. Anschliessend wird auf die
Funktionsweise des Rasterkraftmikroskops (Atomic Force Microscope, AFM) eingegangen. Das
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hier beschriebene LEGO -AFM-Modell wurde von der "University of Rhode Island" entwickelt.
Die Dokumente wurden von der Innovationsgesellschaft ins Deutsche übersetzt und angepasst.
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Dieses Modul enthält alle notwendigen Informationen zum Bau des LEGO -AFM-Modells.
Weiter beinhaltet es eine Anleitung zum Scan-Vorgang und nützliche Tipps für die Verwendung.
Ergänzt wird es durch ein Arbeitsblatt mit theoretischen Fragen zu Rasterkraftmikroskopen und
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praktischen Übungen zum LEGO -Modell.
Ein Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) ist dazu in der Lage, Oberflächen in
der Nano-Dimension darzustellen. Die Oberflächenkonturen sind normalerweise von blossem
Auge nicht erkennbar, da die Erhebungen oft nur einige Nanometer gross sind. Das
Rasterkraftmikroskop besitzt einen Fühler (Cantilever), dessen Spitze eine Grösse von wenigen
Nanometern aufweist. Kleinste Unebenheiten im Nanometerbereich werden durch die Atome an
der Spitze des Fühlers wahrgenommen. Dies 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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Das LEGO -AFM-Modell kann die Funktionsweise eines Rasterkraftmikroskops darstellen. Es
scannt eine Oberfläche und fertigt mit den ermittelten Daten ein Abbild der Oberfläche an.
2. Zielsetzung und Aufbau des Moduls
Ziel dieses Moduls ist es, den Lernenden zu vermitteln,
was der Begriff "Nano-Dimension" bedeutet.
wie ein Rasterkraftmikroskop funktioniert.
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wie ein LEGO -AFM-Modell zusammengebaut wird und wie Scans durchgeführt
werden
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Das vorliegende Modul "LEGO -Modell eines Rasterkraftmikroskops" besteht aus insgesamt 5
Bausteinen und einem Arbeitsblatt.
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Baustein 1: PowerPoint-Präsentationsfolien "LEGO -Modell eines Rasterkraftmikroskops"
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Baustein 2: Benötigtes Material (LEGO -AFM-Modell)
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Baustein 3: Bauanleitung (LEGO -AFM-Modell)
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Baustein 4: Scan-Anleitung (LEGO -AFM-Modell)
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Baustein 5: Tipps & Tricks (LEGO -AFM-Modell)
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AFM-Modul
Theorie Bau & Scan Aufgaben
Baustein 1: Baustein 2:
Arbeitsblatt
PowerPoint-Präsentation Materialliste
Themenfeld 1: Baustein 3: Handout
Die Nano-Dimension Bauanleitung "Rastersondenmikroskopie"
Themenfeld 2: Baustein 4:
Rasterkraftmikroskop Scan-Anleitung
Themenfeld 3: Baustein 5:
LEGO®-AFM-Modell Tipps & Tricks
Lehrpersonenkommentar
2.1. Baustein 1
Die PowerPoint-Präsentation des Bausteins 1 ist in insgesamt 3 Themenfelder untergliedert:
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Gesamtpräsentation "LEGO -Modell eines Rasterkraftmikroskops": 18 Folien
Einführung: Gliederung der Gesamtpräsentation: Folien 01 - 04 (= 04 Folien)
Themenfeld 1: Die Nano-Dimension Folien 05 - 06 (= 02 Folien)
Themenfeld 2: Rasterkraftmikroskop Folien 07 - 13 (= 07 Folien)
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Themenfeld 3: LEGO -AFM-Modell Folien 14 - 18 (= 05 Folien)
Ergänzt wird die PowerPoint-Foliensammlung unter Baustein 1 durch 4 weitere Bausteine,
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welche zusätzliche Daten zum LEGO -AFM-Modell bereitstellen.
2.2. Baustein 2
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Hier werden alle Materialien aufgelistet, die Sie zum Bau sowie zur Verwendung des LEGO -
AFM-Modells benötigen. Dieser Baustein befindet sich in einem zusätzlichen Dokument.
2.3. Baustein 3
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Hier finden Sie die Anleitung zum Bau des LEGO -AFM-Modells.
2.4. Baustein 4
Hier finden Sie eine detaillierte Anweisung, wie man einen vollständigen Scan durchführt.
2.5. Baustein 5
Hier finden Sie Tipps und Tricks zu den Parameter-Einstellungen und zum Bestellvorgang.
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3. Theoretischer Hintergrund
3.1. Rastersondenmikroskopie1
Bei der Rastersondenmikroskopie (Scanning Probe Microscopy, SPM) wird das Bild einer Probe
nicht, wie bei herkömmlichen Mikroskopen, optisch erzeugt, sondern durch Abtasten. Dies
geschieht mithilfe einer Messspitze, die eine Oberfläche Schritt für Schritt abtastet; die
Messergebnisse werden schliesslich zu einem digitalen Bild zusammengefügt.
3.1.1. Funktionsweise
Das Funktionsprinzip eines Rastersondenmikroskops gleicht dem eines Plattenspielers. Die
Messspitze wird über eine Oberfläche geführt und wird durch Rillen ausgelenkt. Diese
Unebenheiten werden dann aufgezeichnet.
Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM)
Die Messspitze berührt die Oberfläche minimal. Die Messspitze wird dann durch atomare
Kräfte ausgelenkt.
Rastertunnelmikroskop (Scanning Tunneling Microscope, STM)
Die Messspitze berührt die zu messende Oberfläche nicht. Die Messspitze steht unter
Spannung und der fliessende Tunnelstrom wird gemessen.
Magnetkraftmikroskop (Magnetic Force Microscope, MFM)
Magnetische Kräfte zwischen Messspitze und Oberfläche werden gemessen.
3.1.2. Auflösung
© Copyright SecretDisc - Wikimedia
Bei diesem Verfahren können Auflösungen von bis zu 10
Pikometer (pm) erreicht werden. Atome haben im Vergleich eine
Grösse von ca. 100 pm. Rastersondenmikroskope erlauben aber
nicht nur extrem hohe Auflösungen, es ist auch möglich, Atome
zu manipulieren. Man entfernt dabei bestimmte Atome und setzt
diese an einem anderen Ort wieder ab.
Das ist die Messspitze am Ende des
Cantilevers in 1000-facher
Vergrösserung.
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http://de.wikipedia.org/wiki/RasterMessspitzenmikroskopie
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3.2. Rasterkraftmikroskop2
Das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) ist ein spezielles
Rastersondenmikroskop, das sowohl zur mechanischen Abtastung von Oberflächen wie auch
zum Messen atomarer Kräfte auf der Nanometerskala verwendet werden kann. Es wurde 1986
von Christoph Gerber, Gerd Binnig und Calvin Quate entwickelt.
3.2.1. Messprinzip
Es wird eine nanoskopisch kleine Messspitze rasterartig über eine Oberfläche bewegt, diese ist
am sogenannten "Cantilever" befestigt. Durch kleinste Unebenheiten, die mit dem Auge nicht
erkennbar sind, wird der Cantilever ausgelenkt. Diese Auslenkung kann mit optischen Sensoren
(Lichtsensoren/Photodetektoren) gemessen werden.
Durch das rasterähnliche Abtasten der Oberfläche wird anschliessend ein digitales Bild aus den
ermittelten Daten zusammengesetzt. Die Auflösung eines Rasterkraftmikroskops würde im
Idealfall sogar dazu reichen, einzelne Atome aufzuzeichnen. Rasterkraftmikroskope bieten
somit gemeinsam mit Rastertunnelmikroskopen die höchsten Auflösungen aller
mikroskopischen Techniken. Die Geschwindigkeit von Rasterkraftmikroskopen liegt
normalerweise zwischen 0.5 und 10 Zeilen pro Sekunde. Das ergibt ungefähr eine Messzeit von
10 bis 20 Minuten pro Bild.
© Copyright Twisp & Cepheiden - Wikimedia
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http://de.wikipedia.org/wiki/Rasterkraftmikroskop
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3.2.2. Aufbau
© Copyright freiermensch - Wikimedia
Eine Messspitze befindet sich am Ende des biegsamen
Hebelarms (Cantilever). Diese Messspitze fährt in geringem
Abstand über die Probenoberfläche. Die Auslenkungen des
Cantilevers werden hoch aufgelöst gemessen; meist
geschieht dies mithilfe eines Laserstrahls, der auf die Spitze
gerichtet ist; der reflektierte Strahl wird von Lichtsensoren
aufgefangen (Lichtzeigerprinzip). Die Auslenkungen des
Cantilevers geben Aufschluss über die Eigenschaften der
gemessenen Oberfläche. Ein weiteres wichtiges Element ist
der Controller, der die Bewegungen des Scanners steuert
sowie die aufgezeichneten Signale auswertet.
Das obige Bild zeigt eine
rasterkraftmikroskopische
Abbildung einer CD.
3.2.3. Störungen während der Messung
Bei jeder Messung können verschiedenste Störungen auftreten, deshalb müssen die
ausgewerteten Daten im Nachhinein analysiert werden. Die Daten werden zudem durch
systembedingte Fehler überlagert.
Vibrationen
Diese entstehen durch Schwingungen in der Umgebung. Rasterkraftmikroskope stehen
deshalb häufig auf schwingungsisolierten Tischen. Gleichfalls kann akustischer Schall
bei Messungen eine Störquelle darstellen und die Messdaten verfälschen. Deshalb
betreibt man Rasterkraftmikroskope oft in Schallschutzboxen oder in einem Vakuum.
Thermischer Drift
Durch thermische Ausdehnungen (durch Wärme) zwischen Oberfläche und Cantilever
kann es zu kleinsten Verschiebungen von nur wenigen Nanometern kommen. Diese
sind dann als Verzerrung im Messergebnis zu erkennen.
Interferenzerscheinungen
Bei stark reflektierenden Probenoberflächen kann es vorkommen, dass ein Teil des
Laserstrahls zurückgeworfen wird und somit die Messergebnisse verfälscht.
Statische Aufladungen
Elektrische Ladungen, die von der Messspitze aufgenommen werden, können
Messergebnisse stark verfälschen oder ganz unbrauchbar machen. Nichtmetallische
Oberflächen können zur Vermeidung mit einer feinen Goldschicht bedampft werden.
Eine weitere Möglichkeit ist die Ionisierung der Luft mithilfe einer radioaktiven Quelle.
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3.2.4. Betriebsmodi
Es gibt unterschiedliche Betriebsmodi und Messverfahren, die hier der Vollständigkeit halber
noch aufgeführt werden. Diese Betriebsmodi und Messverfahren sind nicht direkt relevant für
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das Verständnis der Funktionsweise des Rasterkraftmikroskops oder dem Bau des LEGO -
AFM-Modells, allerdings für das Gesamtverständnis.
Kontakt-Modus
In allen Kontakt-Modi steht die Messspitze in direktem physischen Kontakt zur abgescannten
Oberfläche. Zwischen den Elektronenhüllen und der Messspitze entsteht dadurch eine starke
elektrostatische Abstossung.
Modus mit konstanter Höhe (constant height mode)
Dies ist die älteste Messmethode des Rasterkraftmikroskops. Die Messspitze bleibt dabei
stets auf gleicher Höhe und verbiegt sich entsprechend der Oberflächenstruktur des zu
messenden Materials. Da dadurch die wirkenden Kräfte unterschiedlich stark sind, eignet
sich dieser Modus vor allem für sehr glatte und harte Oberflächen. Bei dieser Methode
können hohe Geschwindigkeiten von über 10 Zeilen pro Sekunde erreicht werden.
Modus mit konstanter Kraft (constant force mode)
Bei diesem Modus wird der Aufhängepunkt des Cantilevers so gesteuert, dass die Kraft
zwischen Messspitze und Oberfläche möglichst gleich bleibt. Da die Kräfte ständig
gemessen werden müssen, ist mit dieser Methode nur eine eingeschränkte
Geschwindigkeit erreichbar. Diese liegt bei handelsüblichen Rasterkraftmikroskopen bei
ungefähr 4 Zeilen pro Sekunde.
Nicht-Kontakt-Modus (nc-mode, dynamic mode)
Die Messspitze hat bei diesem Modus keinen direkten Kontakt zur Oberfläche, sondern wird
lediglich mit einer externen Kraft zu Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen werden so
gesteuert, dass der Cantilever immer mit seiner Resonanzfrequenz schwingt. Durch die
entstehenden Kräfte beim Abtasten einer Oberfläche ändert sich diese Frequenz. Die dabei
entstehenden Veränderungen werden aufgezeichnet. Üblicherweise wird der Nicht-Kontakt-
Modus in einem Vakuum eingesetzt und erzielt dabei die höchsten Auflösungen aller
Betriebsmodi. Mithilfe dieser Methode können sogar einzelne Atome bildlich dargestellt werden.
Intermittierender Modus (intermittent contact mode)
Der Unterschied zum Nicht-Kontakt-Modus besteht darin, dass die Anregung extern bei einer
festen Frequenz nahe der Resonanzfrequenz des Cantilevers vorgenommen wird. Durch Kräfte
zwischen der Messspitze und der Oberfläche verändert sich die Resonanzfrequenz des
Systems. Dieser Modus wird meistens bei Messungen unter Umgebungsbedingungen oder in
Flüssigkeiten genutzt.
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3.2.5. Andere Messverfahren
Magnetkraftmikroskopie (magnetic force microscopy, MFM)
Sie dient zur Untersuchung der Magnetstärke in der Probe. Bei der Messung hat die
Messspitze keinen Kontakt zur Oberfläche, ist aber mit einem ferromagnetischen Material
beschichtet. Die Messung wird für jede Bildzeile zweimal durchgeführt. Im ersten
Durchgang wird das Höhenprofil der Oberfläche festgestellt, im zweiten wird die
Messspitze mit einem konstanten Abstand von ca. 100 Nanometer (nm) über die
Oberfläche geführt. Die Messdaten werden nicht durch die mechanische Auslenkung des
Cantilevers gemessen, sondern durch unterschiedliche magnetische Kräfte.
Reibungskraftmessung (friction force measurement, FFM)
Die Messung erfolgt hierbei im Modus mit konstanter Kraft. Während dem Scannen wird
zusätzlich die Neigung des Cantilevers aufgezeichnet. Da der Cantilever sich wegen der
Reibung zwischen Messspitze und Oberfläche unterschiedlich stark verdreht, können
Aussagen über die Materialzusammensetzung der Probenoberfläche gemacht werden.
Chemische Kraftmikroskopie (chemical force microscopy, CFM)
Sie ermöglicht die chemische Abbildung verschiedenster Oberflächen und ist
nanometergenau. Man verwendet dabei modifizierte Messspitzen und verschiedene
flüssige Abbildungsmittel, sodass immer nur eine Wechselwirkung mit der Oberfläche
auftritt. Durch diese Technik können zusätzlich Dichte, Steifigkeit, Stärke der
Wechselwirkung sowie weitere physikalische und chemische Grössen bestimmt werden.
Stromspannungs-Mikroskopie (current sensing atomic force microscopy, CS-AFM)
Im Kontaktmodus wird eine Spannung zwischen Messspitze und Oberfläche hergestellt
und der entstehende Strom wird als Information im Bild ausgegeben. Diese Messtechnik
erfordert eine mit leitendem Material beschichtete Messspitze, meistens wird eine
Platinbeschichtung verwendet.
Raster-Kelvin-Mikroskopie (kelvin force microscopy, KFM)
Es wird eine leitfähige Messspitze verwendet. Messspitze und Oberfläche haben häufig
eine unterschiedliche Austrittsenergie. Dadurch tritt im Falle eines leitenden Kontaktes eine
Spannung auf, die zur Messung von elektrostatischen Eigenschaften genutzt wird. Diese
Technik erlaubt Aussagen über die Austrittsenergie und kann ebenfalls den
Spannungsverlauf einer Oberfläche visualisieren.
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4. Baustein 1: Informationen zu den Präsentationsfolien "LEGO®-AFM-Modell" Die Präsentation beinhaltet 18 Folien rund um das Thema "Rasterkraftmikroskop". Bei den beiden ersten Folien handelt es sich um die Titelfolie und das Inhaltsverzeichnis. © 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 8/20
4.1. Grundlagen 4.2. Themenfeld 1: Die Nano-Dimension © 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 9/20
4.3. Themenfeld 2: Rasterkraftmikroskop © 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 10/20
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4.4. Themenfeld 3: LEGO®-AFM-Modell © 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 13/20
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4.5. Erläuterungen zu Baustein 1: PowerPoint-Präsentation "LEGO®-
Modell eines Rasterkraftmikroskops"
Im nachfolgenden Teil befinden sich Erklärungen zu den einzelnen Modul-Folien sowie
ergänzende Erläuterungen, Hinweise, Tipps und Hintergrundinformationen. Diese Informationen
sollen primär die Lehrpersonen bei der Unterrichtsvorbereitung unterstützen.
Die Gesamtpräsentation dieses Ausbildungs-Moduls umfasst 18 Einzelfolien.
Folie 01 Titelfolie
Folie 02 Gliederung
Übersicht der behandelten Modul-Themen.
Folie 03 Fragestellungen
Diese Folie demonstriert, was mit Hilfe dieses Moduls vermittelt werden kann.
Die Schülerinnen und Schüler sollten danach in der Lage sein entsprechende
Fragestellungen zu beantworten.
Folie 04 Was Sie schon wissen sollten
Auf dieser Folie wird darauf hingewiesen, welches Wissen bereits
vorausgesetzt wird. Falls die Nano-Grundlagen im Unterricht noch nicht
vermittelt wurden, können die PowerPoint-Folien des Grundlagen-Moduls als
Einführung in das Nano-Thema verwendet werden. Dieses finden Sie unter
folgendem Link:
http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m7
Folie 05 Die Nano-Dimension
Hier wird die Nano-Dimension durch das Grössenverhältnis verschiedener
Objekte erklärt.
Folie 06 Die Nano-Dimension
Diese Folie zeigt sehr anschaulich wie unterschiedlich ein Material je nach
Dimension aussehen kann. Hier wurde Graphit durch ein Licht-, ein
Elektronen- und ein Rasterkraftmikroskop aufgenommen.
Folie 07 Rasterkraftmikroskop
1981 gelang es Heinrich Rohrer und Gerd Binnig im IBM-Forschungslabor,
Rüschlikon, Nanomaterialien sichtbar zu machen. Sie entwickelten das
Rastertunnelmikroskop, wofür sie 1986 den Nobelpreis für Physik erhielten.
Es wird auch die Funktionsweise eines Rasterkraftmikroskops erklärt.
Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie im Wirtschaft-Modul sowie
im Modul "Ausbildung und Beruf" auf der Modul-Seite des Swiss Nano-Cube.
http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m30
Folie 08 - 09 Rasterkraftmikroskop
Diese beiden Folien zeigen anschaulich, wie das Rasterkraftmikroskop und
seine Messspitze funktionieren. Die Animation erklärt, wie das
Rasterkraftmikroskop Unebenheiten wahrnimmt und diese visuell darstellt.
Folie 10 Rasterkraftmikroskop
Diese Folie zeigt eine Aufnahme der Messspitze eines Rasterkraftmikroskops,
welche durch ein Rasterelektronenmikroskop in 1000-facher Vergrösserung
aufgenommen wurde. Die Spitze des Cantilevers ist von blossem Auge nicht
sichtbar. Die Grösse der Nadel definiert die Auflösung. Je kleiner die Nadel,
desto besser die Auflösung.
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 15/20Folie 11 Rasterkraftmikroskop
Dieser Videoclip erklärt in weniger als 3 Minuten, wie das Rasterkraftmikroskop
funktioniert und zeigt eindrücklich die Dimensionen, die normalerweise für unser
Auge nicht sichtbar wären.
Folie 12 - 13 Rasterkraftmikroskop
Diese beiden Folien zeigen zwei verschieden Scans. Einmal die Oberfläche
eines Brillenglases und zum anderen die Oberfläche von Kupfer.
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Folie 14 LEGO -AFM-Modell
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Die Folie beinhaltet allgemeine Informationen bezüglich des LEGO -AFM-
®
Modells. Dieses LEGO -AFM-Modell kann die Funktionsweise eines
Rasterkraftmikroskops sehr anschaulich demonstrieren. Es besteht
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hauptsächlich aus LEGO Teilen und kann selbst nachgebaut werden.
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Folie 15 LEGO -AFM-Modell
®
Diese Folie zeigt einige Bilder des LEGO -AFM-Modells aus verschiedenen
Perspektiven, damit man sich ein Bild davon machen kann.
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Folie 16 - 17 LEGO -AFM-Modell
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Auf diesen Folien werden die Vorteile des LEGO -AFM-Modells erläutert und
®
es wird erklärt, was beim Arbeiten mit dem LEGO -AFM-Modell zu
berücksichtigen ist.
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Folie 18 LEGO -AFM-Modell
Diese Folie listet die notwendigen Materialien zum Bau des Modells auf. Das
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Modell besteht beinahe ausschliesslich aus LEGO -Teilen. Zusätzlich werden
noch ein Laserpointer und ein Spiegel benötigt. Eine ausführliche Liste aller
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benötigten LEGO -Teile finden Sie in Baustein 2.
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 16/205. Baustein 3: Anleitung zum Bau eines LEGO®-AFM-Modell
5.1. Aufbau des LEGO®-Modells
®
Die Bauanleitung des LEGO -AFM-Modells besteht aus insgesamt 288 Schritten. Diese Schritte
®
beziehen sich nur auf die Anordnung der LEGO -Teile. Die Installation der Software und die
korrekte Befestigung des Laserpointers sowie des Spiegels befinden sich nicht in dieser
Anleitung. Diese Schritte sind unter "5.2. Weitere Schritte" erklärt.
® ®
LEGO -AFM-Modell in der 3D-Komplettansicht des LegoDigitalDesigners
Da die komplette Anleitung zu umfangreich ist, um sie hier einzufügen, finden Sie unten einen
®
Downloadlink zum LegoDigitalDesigner (LDD). Dieses Programm bietet eine virtuelle
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Bauanleitung sowie die oben gezeigte 3D-Ansicht des LEGO -AFM-Modells. Zusätzlich dazu
brauchen Sie noch die Datei der Bauanleitung, diese finden Sie ebenfalls unten. Wenn Sie
®
beides heruntergeladen haben, können Sie die Datei im LegoDigitalDesigner öffnen. Oben
rechts im Programm finden Sie eine Schaltfläche, mit der Sie in den "Bauanleitungsmodus"
wechseln können. Alternativ können Sie auch die Taste "F7" auf Ihrer Tastatur drücken.
®
LegoDigitalDesigner : http://ldd.lego.com/en-us/download
®
LDD -Datei: http://mcise.uri.edu/park/MNEL/legoafm/downloads/model.lxf
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 17/205.2. Weitere Schritte
Spiegel
Kleben Sie den Spiegel mittig auf die beiden vordersten
Platten des Cantilevers. Die beiden Platten können samt
1 Spiegel versetzt werden, falls der Laserstrahl den Spiegel
verfehlen sollte.
Platzieren Sie Ihren Laserpointer so in der Haltevorrichtung, Kabelbinder
dass der Laser ohne Streuung durch das vordere Loch
strahlt. Damit der Laserpointer fester sitzt, können Sie ihn mit
Kabelbindern fixieren. Die Kabel des Laserpointers sollten
2 Sie durch das hintere Loch führen.
Achtung! Nie direkt ins Licht des Laserpointers blicken!
Schutzbrille tragen!
Schliessen Sie nun den Laserpointer an das Netzteil an. Das Lüsterklemme
Netzteil darf dabei nicht unter Strom stehen. Isolieren Sie die
Kabel am besten mit einer Lüsterklemme.
3 ®
Der Bau ist nun abgeschlossen. Wie das LEGO -AFM-
Modell in Betrieb genommen wird, ist im nächsten Baustein
(Baustein 4: Durchführen eines Scans) beschrieben.
Die einzelnen Bauteile müssen nicht wie abgebildet befestigt werden!
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 18/206. Baustein 4: Durchführen eines Scans
®
1. Überprüfen Sie, ob Ihr LEGO -AFM-Modell vollständig ist
und ob Sie die benötigte Software installiert haben (siehe
Baustein 2: Benötigtes Material).
2. Richten Sie den Laser via Spiegel auf den unteren
Sensor.
3. Die Platte des AFM-Modells sollte so nahe wie möglich
am "Laserpointer-Turm" stehen.
4. Starten Sie Ihren Computer und schalten Sie parallel dazu den "NXT Brick" ein.
5. Schliessen Sie den "NXT Brick" per USB-Kabel an Ihren Computer an. (Falls Sie das
Gerät zum ersten Mal an den Computer anschliessen, warten Sie, bis alle Treiber
vollständig installiert sind.)
6. Starten Sie nun den AFM-Controller. (Wenn nicht alle notwendigen Programme
installiert sind, können Sie hier nicht fortfahren.)
7. Wählen Sie als Verbindungsart "USB" aus und geben Sie den Namen Ihres "NXT
Bricks" ein. Dieser ist standardmässig "NXT".
8. Klicken Sie jetzt oben links auf den Haken "" dann auf Ausführen "".
9. Das Programm ist nun startbereit. Passen Sie die Parameter
(siehe Baustein 5: Tipps & Tricks) an und klicken Sie auf "Start",
um mit der Messung zu beginnen.
10. Wenn die Messung abgeschlossen ist, stoppt das Programm
automatisch. Alternativ kann der Vorgang mit "Stop" unterbrochen
werden.
11. Sie können die Resultate der Messung betrachten. Wenn Sie eine
neue Messung durchführen wollen, klicken Sie oben
auf "Ausführen". Beachten Sie dabei, dass alle Parameter
wieder zurückgesetzt werden, wenn Sie auf "Ausführen" klicken.
Bringen Sie die Platte wieder in ihre Startposition und kontrollieren Sie die Ausrichtung
des Laserpointers.
© 2014 - Swiss Nano-Cube www.swissnanocube.ch 19/207. Baustein 5: Tipps & Tricks
7.1. Parameter-Einstellungen
Creep Correction (empfohlener Wert: 10)
Gleicht die unregelmässigen Bewegungen aus, die durch den Motor entstehen.
Y-Axis Iterations (empfohlener Wert: 20)
Legt fest, wie viele Durchläufe das Programm macht, bis es stoppt. Um die Platte einmal zu
scannen, benötigt es genau 20 Durchläufe.
Noise Suppression (empfohlener Wert: 20 - 30)
Legt die Grenze (Schwellenwert) der zu erkennenden Werte fest. Unterhalb dieser Höhe
werden keine Signale aufgezeichnet. Versuchen Sie es mit einem tieferen Wert, wenn im Scan
keine Erhebungen zu sehen sind.
7.2. Fehlende Teile
®
Es kann vorkommen, dass bestimmte LEGO -Steine nicht bei Pick a Brick verfügbar sind. Falls
dies der Fall ist, können die benötigten Teile per Telefon unter folgender Nummer bestellt
werden: 00800 5346 5555 (gebührenfrei aus dem Festnetz)
®
Spezielle Bauelemente (z.B. Sensoren) aus LEGO Mindstorms können nicht bei Pick a Brick
®
bestellt werden, diese finden Sie im offiziellen LEGO Shop (http://shop.lego.com/de-
CH/#shopxlink).
7.3. Teile ersetzen
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Bestimmte Steine können Sie ersetzen. Statt den gleichen LEGO -Stein in drei verschiedenen
Farben zu bestellen, können Sie auch nur eine Farbe bestellen. Teilweise sind Steine in der
Original-Farbe nicht erhältlich, deshalb sind in der Bauanleitung andere Farben angegeben, als
in der Bedienungsanleitung verwendet werden. Die Farben der Steine sind bei der Verwendung
des AFM irrelevant. Wenn Sie einen Stein bei Pick a Brick nicht finden, können Sie diesen
alternativ durch mehrere andere Steine ersetzen (z.B. 2x10 = 2x6 + 2x4). Dies ist nicht mit
®
jedem Bauteil möglich, kontrollieren Sie es deshalb mit dem LegoDigitalDesigner .
8. Kontaktdaten
Die Innovationsgesellschaft, St. Gallen
Lerchenfeldstrasse 5
CH-9014 St.Gallen
+41 (0)71 278 02 04
info@innovationsgesellschaft.ch
www.innovationsgesellschaft.ch
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