LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops

Präsentation zum Thema: "LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops"—  Präsentation transkript:

1 LEGO®-Modell eines Rasterkraftmikroskops
April 2014

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

3 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?

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

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

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

7 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.

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

9 Rasterkraftmikroskop
SCAN 1 LASER 500 nm

10 Rasterkraftmikroskop
Nadelspitze eines Rasterkraftmikroskops, aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop. Quelle: CreativeCommons, Originaldatei:

11 Rasterkraftmikroskop
NanoWelten: NanoKontakt

12 Rasterkraftmikroskop
AFM: Oberfläche eines Brillenglases Quelle: Bilder:

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

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

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

16 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

17 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.

18 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