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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-3116
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/311/

Delineau, Lydie

Dynamik der Spitze-Probe Wechselwirkung bei der Rasterkraftmikroskopie

Dynamic of the tip-probe interaction in the atomic force microscopy

Kurzfassung in Deutsch

Ziel dieser Arbeit war es, zum Verständnis bei der dynamischen Rasterkraftmikroskopie (AFM) im Tapping Mode (TMAFM) bei weichen Poymerproben beizutragen. Dazu wurde das Schwingungsverhalten des mit Elastomeren wechselwirkenden Cantilevers untersucht. Um eine genaue Analyse durchzuführen, wurden an verschiedenen Kautschuken und Elastomeren w-Sweep und z-Sweep Experimente durchgeführt und ausgewertet. Ausgangspunkt zur Beschreibung der Spitze-Probe Wechselwirkung ist die Bewegungsgleichung des schwingenden Cantilevers. Hierzu wurden verschiedene Ansätze verwendet: die Näherungslösung und die numerische Lösung der Bewegungsgleichung, sowie die Analyse des Zusammenhangs zwischen Energiedissipation und Bildkontrast in Phasenbildern. Es wurden sowohl experimentelle Methoden zur systematischen Untersuchung der Spitze-Probe Wechselwirkung entwickelt, als auch die experimentellen Ergebnisse mit den genannten theoretischen Lösungsansätzen verglichen. Insbesondere wurde mit Hilfe eines Simulationsprogramms der Einfluß von Spitzenradius, Elastizitätsmodul der Probe, Dämpfung und Adhäsionsenergie auf den Verlauf der Schwingungsamplitude als Funktion des Spitze-Probe Abstandes untersucht.
Die Gültigkeit der Näherungslösung der Bewegungsgleichung - die harmonische Approximation - zur Beschreibung der Experimente an Kautschuken und Elastomeren wurde überprüft. Für diese Materialien stimmen die experimentellen w-Sweep Kurven sehr gut mit den anhand der harmonischen Approximation berechneten Kurven überein. Im Rahmen der harmonischen Approximation ist die Phasenverschiebung DF proportional zur Frequenzverschiebung Dw und dem Qualitätsfaktor Q. Der Qualitätsfaktor ist mit der viskosen Dämpfung, d.h. mit der Energiedissipation verknüpft. Gemäß der harmonischen Approximation wurde erwartet, daß DF mit dem Elastizitätsmodul E´ zunimmt (DF µ Dw). Die Experimente an PDMS Netzwerken unterschiedlicher Vernetzungsdichte zeigten jedoch, daß DF unabhängig von E´ ist. Je kleiner der E´-Wert, um

Kurzfassung in Englisch

In interpreting tapping mode atomic force microscopy (TMAFM) images, it is
crucial to understand how materials properties affect the tip-sample
interaction and hence the image contrast. I explore this question by
performing dynamic TMAFM experiments on several elastomers such as
polydimethylsiloxanes, polybutadiene, poly(styrene-co-butadiene) and natural
rubber. The dynamic TMAFM experiments were carried out at variable
temperatures using samples whose glass transition temperatures vary
systematically. I analyzed results of these experiments in terms of
numerical simulations and discussed the ratio of the lost versus stored
energy of the cantilever. The materials properties deduced from our dynamic
TMAFM experiments were compared with those obtained from dynamic mechanical
analysis. It was observed that the dynamic TMAFM data
reflect the rheological properties of samples under the tapping frequency.