Video: Kuidas visualiseerida nanomaailma?
Puutume igapäevaselt kokku erinevatest materjalidest valmistatud asjadega. Ent tavaliselt ei vaeva me oma pead küsimustega, millest ja kuidas need tehtud on.
Ja pole vajagi! Materjalid täidavad oma funktsiooni ja pahameelt tunneme vaid juhul, kui need oma ülesandega hakkama ei saa. Toimivate materjalide taga on aga sageli aastate pikkune materjaliteadlaste uurimustöö, mille lahutamatuks osaks on ka kaasaegsed kõrgtehnoloogilised mikroskoobid.
Ühe sellise, täpsemalt aatomjõumikroskoobi, tutvustamiseks on Tartu ülikooli füüsika instituudi kiletehnoloogia labori insener Maido Merisalu avaldanud oma YouTube’i kanalis video.
Aatomjõumikroskoobi tutvustus.
Aatomjõumikroskoop aitab visualiseerida nanomaailma. Kuigi me teame, et nanoosakesed on nurgelise tahuka- või kerakujulised osakesed, ei näe me neid kunagi palja silmaga. Need jäävad meile nähtamatuks isegi läbi optilise mikroskoobi. Nano tähendab miljardikku meetrist. Et sellist suurust paremini ette kujutada, võib mõelda, et meeter on nanomeetri kõrval umbes sama, mis maakera õuna kõrval. Veel võib võrdluseks tuua tüdruku juuksekarva, mille läbimõõduks on TÜ-s skaneerivelektronmikoskoopilise analüüsiga saadud umbes 70 000 nanomeetrit.
Aatomjõumikroskoop, millega nanomaailma uurida saab, võib Merisalu sõnul meenutada välimuselt küll aatompommi, kuid tegelikult on see ülitundlik masin, mis kombib ettevaatlikult uuritava materjali pinda üliterava teravikuga. “See teravik on märksa teravam kui perearsti süstal või pahatahtliku herilase nõel – ideaalsel juhul on aatomjõumikroskoobi teraviku tipus vaid üks aatom.”
Kui sellise teravikuga skaneerida piesotoru (muudab pikkust või paindub, kui sellel asetsevatele elektroodidele rakendadakse elektriline pinge) abil reahaaval üle uuritava proovi pind, saab sellest kolmemõõtmelise kujutise. Selline pinna karakteriseerimine on võimalik tänu sellele, et teraviku pinnale lähendamisel hakkavad esmalt mõjuma van der Waalsi tõmbejõud (summa molekulidevahelistest jõududest) ning veel lähemale minnes elektrostaatilised tõukejõud.
Teravik ise on kinnitatud vedrukonsooli külge, millele suunatud laseritäpp peegeldub detektorisse. Juhul kui skaneerimise ajal teravik kohtab kõrgemat või madalamat pinnadetaili, siis vedrukonsooli paine muutub ja vastavalt sellele muutub ka laseritäpi asukoht detektoris ning registreeritakse signaal.
Tartu ülikoolis kasutatakse mitmeid aatomjõumikroskoope üliõhukeste ainekihtide, pinnaefektide ja nanostruktuuride uurimiseks. Näiteks kiletehnoloogia labori materjaliteadlased kasutavad antud mikroskoopi oma igapäevases uurimustöös nii nähtamatute korrosioonivastaste katete, bioühilduvate katete, tulevikumaterjali grafeeni, elektroaktiivsete polümeeride kui ka DNA molekulide uurimisel. “Esmased tulemused on olemas ka juhtivus- ja mahtuvus-aatomjõumikroskoopiaga, kus kasutatakse juhtivat teravikku ning saadakse lisaks topograafiale informatsiooni ka materjali lokaalsete elektriliste omaduste kohta,” lausus Merisalu.
Pildil on aatomjõumikroskoobiga tehtud 3D pilt ülisiledast polüpürroolist, mis suure suurendusega aatomjõumikroskoobiga vaadates tundub üsna krobeline (ala suurus 1 x 1 µm ). Polüpürrooli kasutatakse näiteks raviaineid reguleeritult väljastavate implantaatide valmistamiseks, lennukite kattena radarite eest peitmiseks, korrosioonivastaste katetena, implantaatide bioühilduvuse parendamiseks ja mujal.
Toimetaja: Katre Tatrik, Tartu ülikool