LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops April 2014

Gliederung des Moduls Inhalt Grundlagen Die Nano-Dimension Theoretische Grundlagen zum Rasterkraftmikroskop (AFM) Informationen zum Rasterkraftmikroskop-Modell (LEGO® Mindstorms) Bilder 09.04.2017

Grundlagen Fragestellungen 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? 09.04.2017

Grundlagen Was Sie schon wissen sollten Was ein Atom ist Was ein Mikroskop ist Was positive und negative Exponenten bedeuten 09.04.2017

Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren Die Nano-Dimension Was ist das? Verhältnis Erde/Fussball = Verhältnis Fussball/Fulleren Quelle: Universität Mainz Quelle: www.surf.nuqe.nagoya-u.ac.jp 1 Nanometer = 0.000000001 (10−9) Meter Quelle: Dr. Martin Schubert Kompetenzzentrum cc-NanoChem e. V. 09.04.2017

Die Nano-Dimension Graphit: Mit dem menschlichen Auge Graphit: Mit dem Lichtmikroskop Graphit: Mit dem Elektronenmikroskop Graphit: Mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM) Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop Allgemeines 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. http://www.swissnanocube.ch/nanoteachbox/module/liste/#m7 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop Atome an der Spitze des AFM-Fühlers abstossende Kraft Atome auf der Probenoberfläche 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop SCAN 1 LASER 500 nm 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. Quelle: CreativeCommons, Originaldatei: http://de.wikipedia.org/ 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop NanoWelten: NanoKontakt http://www.youtube.com/watch?v=MNQqn0uNdqs 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop AFM: Oberfläche eines Brillenglases Quelle: Bilder: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 09.04.2017

Rasterkraftmikroskop AFM: Oberfläche von Kupfer © Dirk Hoffmann - Fotolia.com Quelle: www.nanoscience.ch/nccr/nanoscience/pictures 09.04.2017

LEGO®-AFM-Modell Allgemeines Funktioniert wie ein richtiges Rasterkraftmikroskop Kann selbst nachgebaut werden Besteht hauptsächlich aus LEGO®-Bausteinen Materialkosten: ungefähr 750 CHF 09.04.2017

LEGO®-AFM-Modell © Copyright 2014: Die Innovationsgesellschaft, St. Gallen 09.04.2017

LEGO®-AFM-Modell Vorteile des LEGO®-AFM-Modells 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 09.04.2017

LEGO®-AFM-Modell Beim Arbeiten mit dem LEGO®-AFM-Modell ist zu berücksichtigen: Die Messungen sind nicht sehr präzise. Für den Zusammenbau des Modells müssen ca. 5 Stunden Zeit einkalkuliert werden. http://mcise.uri.edu/park/MNEL/legoafm/index.html 09.04.2017

LEGO®-AFM-Modell Was wird zum Bau benötigt? 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 09.04.2017