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Datum: Autor:Fabian Thomssen Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) 71 278 02 04,

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1 Datum: Autor:Fabian Thomssen Swiss Nano-Cube Lerchenfeldstrasse 5, 9014 St. Gallen Tel. +41 (0) , Bildungsplattform zur Mikro- und Nanotechnologie für Berufsfach- und Mittelschulen sowie Höhere Fachschulen LEGO ® -Modell eines Rasterkraftmikroskops April 2014

2 © Swiss Nano-Cube Gliederung des Moduls  Grundlagen  Die Nano-Dimension  Theoretische Grundlagen zum Rasterkraftmikroskop (AFM)  Informationen zum Rasterkraftmikroskop-Modell (LEGO ® Mindstorms)  Bilder Inhalt

3 © Swiss Nano-Cube Grundlagen  Was ist die Nano-Dimension?  Was ist ein Rasterkraftmikroskop?  Wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop?  Wie sehen Scans eines Rasterkraftmikroskops aus?  Wie können Sie sich selbst ein Modell eines Rasterkraftmikroskops bauen? Fragestellungen

4 © Swiss Nano-Cube Grundlagen  Was ein Atom ist  Was ein Mikroskop ist  Was positive und negative Exponenten bedeuten Was Sie schon wissen sollten

5 © Swiss Nano-Cube Die Nano-Dimension 5 Quelle: Universität Mainz Quelle: Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren Quelle: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V. Was ist das? 1 Nanometer = (10 −9 ) Meter

6 © Swiss Nano-Cube Die Nano-Dimension 6 Graphit: Mit dem menschlichen Auge Graphit: Mit dem Lichtmikroskop Graphit: Mit dem Elektronenmikroskop Graphit: Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) Quelle: Bilder:

7 © Swiss Nano-Cube  Das Rasterkraftmikroskop (Atomic Force Microscope, AFM) dient zur Darstellung von Oberflächen in der Nanodimension.  1986 erhielten Heinrich Rohrer und Gerd Binnig den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung eines Rastertunnelmikroskops (IBM- Forschungslabor, Rüschlikon).  Das Rasterkraftmikroskop besitzt einen Fühler, dessen Spitze eine Grösse von wenigen Nanometern aufweist.  Kleinste Unebenheiten im Nanometerbereich werden durch die Atome an der Spitze des Fühlers wahrgenommen. Die Unebenheit 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 Rasterkraftmikroskop Allgemeines

8 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 8 Atome an der Spitze des AFM-Fühlers Atome auf der Probenoberfläche abstossende Kraft

9 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 9 SCAN nm LASER

10 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 10 Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. Quelle: CreativeCommons, Originaldatei:

11 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 11 NanoWelten: NanoKontakt

12 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 12 Quelle: Bilder: AFM: Oberfläche eines Brillenglases

13 © Swiss Nano-Cube Rasterkraftmikroskop 13 Quelle: © Dirk Hoffmann - Fotolia.com AFM: Oberfläche von Kupfer

14 © Swiss Nano-Cube  Funktioniert wie ein richtiges Rasterkraftmikroskop  Kann selbst nachgebaut werden  Besteht hauptsächlich aus LEGO ® -Bausteinen  Materialkosten: ungefähr 750 CHF LEGO ® -AFM-Modell Allgemeines

15 © Swiss Nano-Cube LEGO ® -AFM-Modell © Copyright 2014: Die Innovationsgesellschaft, St. Gallen

16 © Swiss Nano-Cube  Im Vergleich zum wirklichen AFM ist das LEGO ® -Modell sehr kostengünstig.  Der Zusammenbau des LEGO ® -Modells ist relativ einfach.  Es hat dasselbe Funktionsprinzip wie ein richtiges Atomic Force Microscope.  Sehr gut für Lehrzwecke geeignet LEGO ® -AFM-Modell Vorteile des LEGO ® -AFM-Modells

17 © Swiss Nano-Cube  Die Messungen sind nicht sehr präzise.  Für den Zusammenbau des Modells müssen ca. 5 Stunden Zeit einkalkuliert werden LEGO ® -AFM-Modell Beim Arbeiten mit dem LEGO ® -AFM- Modell ist zu berücksichtigen:

18 © Swiss Nano-Cube Das Modell besteht fast ausschliesslich aus LEGO ® -Teilen. Die meisten davon befinden sich im „LEGO ® Mindstorms“ Set, die restlichen können bei einem Online-Shop (beispielsweise Pick a Brick) bestellt werden. Neben den LEGO ® -Teilen werden noch folgende Komponenten benötigt:  Spiegel  Laserpointer LEGO ® -AFM-Modell Was wird zum Bau benötigt?


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