Сила пикабу я взываю к тебе!
Всем доброго времени суток, прошу, не топите пост в минусах, коменты для минусов внутри.
Итак, я аспирант, научную работу пишу по керамике, а если точнее, то по глазурям.
Если совсем точнее то альтернативное сырье подбираю для производства керамических глазурей и стёкол.
Первая просьба. Кто шарит в этой сфере, с кем можно обсудить и у кого проконсультироваться? Может быть вы или ваши знакомые разбираетесь. В частности по вопросам образования стёкол и керамике, фазовые превращения и подобное.
Второй вопрос. Кто шарит в микроскопах? Универ меня мягко говоря не обеспечивает оборудованием, хорошо хоть материально, но не в этом суть. Для моих исследований, в частности для наблюдения за микроструктурами керамики, глазурей и стёкол мне нужен микроскоп. Собираюсь приобретать. Не знаю с кем посоветоваться, гугл много чего пишет по делу и без. Не уверен что обычный микроскоп подойдёт, а специализированные стоят от 40к до миллиона. Может кто что посоветует?
Микроскоп движения. Откройте скрытый мир!
Исследователи из Массачусетского технологического института создали устройство, позволяющее не только зарегистрировать, но и увеличить мельчайшие колебания предметов настолько, что они становятся видны вооруженному микроскопом человеческому глазу.
Разработка получила название «микроскоп движения».
Его, как говорят исследователи, можно применять в разных отраслях знания – от медицины до проверки прочности строительных конструкций.
В основе идеи – регистрация волновых колебаний.
Идею выдвинул Нил Вадва, выспускник факультута компьютерных технологий.
“Несмотря на высокую разрешающую способность современных микроскопов, – говорит Нил Вадва, – сегодня существуют материи, которые не могли быть рассмотрены с его помощью. Его, как говорят исследователи, можно применять в разных отраслях знания – от медицины до проверки прочности строительных конструкций. “.
Разумеется, что в основе архитектуры новой разработки лежит прежде всего новое программное обеспечение, позволяющее увидеть мельчайшие изменения на уровне движения пикселей.
Результаты, как заявляют авторы, не только поражают воображение, они могут быть использованы как в прикладной науке, так и в повседневной медицинской практике.
Например, актуальная тема смертности среди младенцев, которая вызывается порой остановкой дыхания малыша. Новый микроскоп позволит измерять частоту дыхания в случаях, вызывающих у педиатров озабоченность.
“Для того, чтобы вести наблюдение, не обязательно с собой носить микроскоп – достаточно монитора, который к нему присоединен”, – отмечает Нил Вадва
Опасный для подвесных строительных конструкций, вроде мостов, резонанс. который приводит порой к разрушениям, тоже может быть не только зафиксирован с помощью микроскопа, но и измерен, что улучшит характеристики безопасности.
P.S.: К сожалению не могу показать видео с обзором данной технологии, но оставлю ссылку на TED где можно посмотреть с субтитрами. Лично мне взбудоражило сознание от количества возможностей данной технологии, и что не менее интересно она есть в свободном доступе.
TED: https://www.ted.com/talks/michael_rubinstein_see_invisible_m...
еще одна полезная ссылочка: http://people.csail.mit.edu/mrub/vidmag/
Покрытие титана. Фото под микроскопом.
фото сделано на микроскопе.
Это оксидная плёнка, полученная электролизом на титане.
Подробную инструкцию по получению подобной красоты сниму на видео и покажу на своем ютуб канале.
Фото: совместное фото Альфии Гибадуллиной и мною. Поэтому тэг моё.
P.S.: хоть на рабочий стол можно в качестве обоев ставить.
Электронный микроскоп
Привет, пикабу.
Подписчики, заждались?
Как и обещал продолжаю рассказывать про электронные методы и приборы для изучения микромира. Сегодня на очереди электронный микроскоп. (сначала много букаф, а красивые картиночки в конце)
В отличие от зондового, о котором я рассказывал ранее, электронный микроскоп имеет куда больше сходств с обычным оптическим.
Как уже я уже говорил: для оптических микроскопов есть так называемый оптический предел – минимальный размер объекта, который можно рассмотреть в такой микроскоп. Существование этого предела связано с дифракцией (огибанием малых объектов) световой волны. Т.е., чтобы рассмотреть очень маленький (меньше 0,2 мкм) объект нужна меньшая длина волны. Для этого в электронном микроскопе применяются не фотоны, а электроны (откуда и название), которыми "освещают" исследуемый образец.
Такой переход не только позволяет обойти оптический предел и рассматривать нанометровые объекты с увеличением вплоть до 1 000 000, но и значительно повысить резкость изображения. Однако по этой же причине пропадает цвет изображения, что мы и видели в посте, с которого все началось.
На этом различия не заканчиваются. Для фокусировки пучка электронов на объекте никак не подойдут обычные оптические линзы, так как с ними электроны попросту провзаимодействуют. Поэтому в электронном микроскопе применяются специальные, магнитные линзы, которые по сути действуют на летящие электроны так же, как обычные линзы на фотоны.
Более того, так как электроны очень активные частицы то всю эту систему линз необходимо еще и вакуумировать, образуя как можно более глубокий вакуум. Как правило в камере поддерживается давление порядка 10-5 Паскаль (7,5*10-9 мм. рт. ст.). Так как постоянно откачивать воздух до такого давления из достаточно большого объема камеры – долгая процедура, то всю систему попросту постоянно держат в вакууме.
Теперь о том, как, собственно, получается изображение в электронном микроскопе.
Когда разогнанные и сфокусированные электроны врезаются в образец они могут по-разному взаимодействовать с ним: отразиться обратно, выбить другие электроны, затормозиться веществом, пролететь насквозь в конце концов (но только, если образец достаточно тонкий).
Каждый тип электронов (отраженные, выбитые, они же вторичные, и прошедшие) регистрируется определенным детектором. В зависимости от выбранного детектора различают электронную микроскопию на отраженных, на вторичных электронах или просвечивающую. Нередко в одном микроскопе сочетаются несколько видов детекторов.
Под управлением умной электронике сфокусированный пучок электронов пробегает образец "построчно" подобно тому, как луч пробегает по экрану в старом ЭЛТ мониторе. Таким образом происходит сканирование образца, а чтобы не путать сканирующий зондовый и электронный микроскопы, последний иногда называют растровым.
А вот так внешне выглядит наш микроскоп:
Тут хорошо видна колонна (белая "бочка" в центре сверху), в которой расположены линзы и электронная пушка.
Вон та длинная ручка служит для загрузки образца внутрь и в нужный момент инженер опускает ее вниз и проталкивает образец внутрь. Извлекается он точно так же.
А вот, собственно, и сам образец, загружаемый в промежуточный шлюз (нужен, чтобы не терять вакуум в основной камере):
Образцы загружаются на специальной подставке-держателе. Они имеют различные форму и предназначение. Некоторые позволяют закрепить образец вертикально (например, если нужно увидеть тонкую пленку на поверхности чего-то с торца), некоторые позволяют загружать сразу несколько различных образцов и т.д.
Вот поближе тот держатель, что загружали на предыдущем снимке:
На него нанесен какой-то порошок. Я не сильно вдавался в подробности о составе и предназначении.
А теперь, собственно, можно перейти к получаемым на электронном микроскопе изображениям.
Небольшая предыстория. Когда только этот микроскоп появился в университете и на нем более-менее научились работать, для пробы фотографировали все, что только могли. Вот, например, фотография моли:
Внизу, на черном поле, есть маркер с меткой размера (белая линия, а рядом надпись, означает 100 мкм). А так же ниже и левее можно увидеть кратность увеличения (в данном случае х43).
А так же тут можно увидеть информацию о напряжении на электронной пушке и режиме получения картинки (5 киловольт, SEI - secondary electron image - картинка получена на вторичных электронах).
Вот еще пара интересных снимков того же образца:
глаз моли, увеличение в 500, 1600 и 19 000 раз:
А вот чешуйки, которыми покрыто все ее тельце:
Есть еще много разных фотографий, если кого заинтересовало, могу скинуть в комментарии, чтобы не загромождать пост.
А на этом мое повествование об электронной микроскопии заканчивается. Меня несколько удивила реакция пикабушников на посты с такой тематикой. Не ожидал, что кому-то вообще это интересно.
Впринципе, у нас в лабораториях еще полно всякого оборудования, о котором я с радостью могу рассказать, что знаю, примерно в том же ключе, что и о микроскопии. Так мне продолжать? (только скажите, что вам интересно будет; учусь на химика, но область интересов лежит на стыке химии и физики, так что различных исследовательских методов и приборов знаю много)
Сканирующий зондовый микроскоп (продолжение)
Привет, народ.
Оправдывая немногочисленные, но все же ожидания, выкладываю рассказ о своей работе на сканирующем зондовом микроскопе. (что это такое смотрите в предыдущем посте).
Вот, собственно, он сам:
Непосредственно микроскоп - слева, а остальное - контрольный блок + компьютер.
(да, на рабочем столе небольшой бардак, как раз доставали калибровочные образцы)
Микроскоп стоит на специальных рессорах (судя по всему пневматических, т.к. они издают короткие шипящие звуки, если стол слегка пошатнуть). Они нужны, чтобы гасить малейшие внешние колебания.
Но спасают они не всегда. Например, когда в 200 метрах от лаборатории (она в подвале) велись работы по постройке бассейна микроскоп выдавал помехи. Поэтому лишний раз шатать стол или топать рядом во время измерений тоже не стоит.
Вот здесь ближе рабочий блок микроскопа. В него помещаются образец и зонд на специальных держателях:
Внизу справа виден колпак, которым все это накрывается. При необходимости из под него можно откачать воздух, создав вакуум или закачать туда какой-либо другой газ.
Я работал в атомно-силовом режиме, но микроскоп поддерживает и туннельный зонд. Вот так выглядит кантилевер, а точнее держатель для него:
Сам кантилевер - вон та маленькая пластинка, прижатая проволочкой:
А вот коробка с набором кантилеверов и держатель в масштабе:
Образец же помещается в микроскоп вот на таком держателе, к которому крепится обычным двусторонним скотчем:
В случае туннельной микроскопии либо используют специальный проводящий скотч, либо создают контакт между образцом и держателем при помощи проводящей пасты.
Теперь немного о том, как же проводятся измерения в атомно-силовом режиме (в туннельном мало отличий, думаю сами догадаетесь, прочитав предыдущий пост).
Прежде всего на самый кончик кантилевера наводится луч лазера, по которому затем будем следить за отклонениями зонда.
Процесс контролируется по камере (это та черная «дура» над микроскопом на первой фотке) и фотодетектору. Напоминает мини игру «Попади шариком в центр».
Затем кантилевер калибруется и определяется его резонансная частота колебаний. Это нужно для того, чтобы проводить какие-либо измерения помимо топографии (неровности) поверхности. Частота колебаний будет изменяться в зависимости от того, что находится под иглой.
Наконец образец подводят к игле. Сначала грубо, вручную, а затем при помощи специальных точных пьезодвигателей.
После небольшой настройки скорости и области измерения запускается сам процесс (к сожалению не осталось фотографий).
Измерение, дающее нормальный результат, а не смазанную картинку длится от 2 до 6 часов. За это время игла кантилевера «построчно» (а иногда по несколько раз), нанометр за нанометром пробегает исследуемую область.
В результате получается нечто вот такое:
Это калибровочная решетка, параметры которой (глубина и ширина бороздок) заранее известны. Ее можно было увидеть на держателе образца на соответствующей фотографии выше.
Для наглядности полученное изображение можно представить в трехмерном виде:
Как-то так. Вот еще несколько изображений, различных объектов (это уже исследовательская работа), которые мне удалось получить:
А вот так, кстати, выглядит обработка изображения: изучение и сравнение профилей поверхности на различных срезах:
(справа внизу - скрытая реклама фирмы производителя микроскопа ;) )
А вот это уже не мой снимок, но он крайне интересен. Здесь приведено измерение в очень малом масштабе и вот эти "шарики" на картинке - это отдельные атомы:
На этом все. Спасибо, что осилили и прочитали.
P.S. Следующий пост будет только через неделю, когда я смогу попасть в университет и взять фотографии с электронного микроскопа, да и его сам пофотографировать.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Сканирующая зондовая микроскопия (капец заумно звучит...)
Привет, Пикабу.
Сегодня наткнулся на вот этот пост, где показывали микро- и наноструктуру обычной глины. Некоторые обратили внимание, что в какой-то момент изображение теряет цвет и становится черно-белым. В комментариях я ответил на вопрос почему так. Дело в том, что получить изображение объектов менее 300 - 350 нанометров на обычном оптическом микроскопе невозможно (т.н. оптический предел), так как это нижний предел длины волны видимой части спектра.
Для того чтобы изучить объекты меньших размеров применяют другое оборудование. В частности: используют электронный или сканирующий зондовый микроскопы. На свою голову я пообещал рассказать об этих микроскопах, и , как следствие, чило подписчиков поползло вверх. Ну чтож, начнем-с. (@Vledcad, @pelengaz, заходим, читаем).
Итак, начну со сканирующего зондового микроскопа. Главным элементом здесь, как следует из названия, является зонд. Как правило зонд представляет собой острую иглу, которая определенным образом взаимодействует с поверхностью образца. Есть, правда, еще ближнепольный оптический микроскоп, который так же относят к зондовым. Но с ним мне работать не приходилось и о принципе его работы я знаю, к сожалению, немного, так что рассказывать о нем не возьмусь.
Однако помимо него существуют еще два типа сканирующих микроскопов: туннельный и атомно-силовой, который различаются по принципу взаимодействия с поверхностью.
Зонд в туннельном микроскопе представляет собой остро заточенную иглу, в идеале на ее конце должен быть один атом.
Выглядит такая иголка примерно вот так:
(фотография не моя, подробности в конце поста)
Добиться такой остроты крайне сложно и обычная заточка тут не поможет. Поэтому прибегают к химическому или электро-химическому травлению.
Заточенная игла подводится очень близко к образцу (расстояние порядка ангстрема - 0,1 нм), а затем на иглу и образец подается напряжение. В результате электроны перескакивают с образца на иглу, т.е. возникает так называемый туннельный ток (отсюда и название микроскопа).
Кто не понял вот картинка для пояснения:
Самое интересное в этом методе микроскопии, что с помощью туннельного тока можно двигать атомы, как бы притягивая их. Многие, наверняка слышали о том, как из атомов выложили название компании IBM, для этого использовался именно туннельный микроскоп:
Ну и вот еще несколько фигур тоже выложенных из атомов:
Главным недостатком туннельного микроскопа является требование по проводимости. Чтобы туннельный ток все же протекал, исследуемый образец должен обладать достаточно низким сопротивлением. Но даже в этом случае регистрируемые токи бубт на уровне 1 - 1000 пА (пикоАмпер).
Второй вид зондового микроскопа - атомно-силовой. В нем так же применяется острая игла, но устроена она несколько иначе. Зонд представляет собой небольшую «пирамидку» закрепленную на конце подвижной «балки» (консоли). Как-то так:
(кстати, изображение получено с помощью упомянутого в начале электронного микроскопа)
Эта игла так же подводится на очень малое расстояние к образцу, но в этом случае регистрируется не ток, а силы атомного взаимодействия. Дело в том, что любые атомы, в зависимости от расстояния между ними, либо отталкиваются (если расстояние порядка 1 - 1,5 атомов), либо притягиваются (если расстояние порядка 2 - 3 атомов, дальше силы атомного взаимодействия значительно слабеют). Такое взаимодействие изгибает консоль зонда (в атомно-силовой микроскопии он называется кантилевером). Величина изгиба фиксируется по отклонению падающего на кантилевер луча:
Как вы, наверняка, догадались, сканирующая зондовая микроскопия не дает реального изображения образца, а лишь интерпретацию сигнала с его поверхности. Это, безусловно, является недостатком метода, так как порой сигнал может в значительной степени искажаться от внешних влияний (тряска, статическое электричество и т.д.).
P.S. К сожалению мне сегодня не удалось ни попасть в лабораторию, ни найти руководителя или инженера, чтобы взять у них фотографии с электронного микроскопа. Хотя о нем было логичнее рассказывать в первую очередь, ведь именно с помощью такого микроскопа и были получены изображения в посте, указанном в начале.
Следующим постом я поделюсь с вами фотографиями сканирующего микроскопа, на котором работал сам и покажу изображения, которые получил с его помощью.
А вот с электронным микроскопом разберемся когда я смогу получить нужные фотки.