Примеры использования сканирующей зондовой микроскопии в исследованиях материалов

Новые и улучшенные материалы необходимы для улучшений во многих областях повседневной жизни. Электрохимия сканирующего зонда использовалась, чтобы помочь ответить на ряд вопросов, касающихся материалов, как указано ниже.

Присутствуют ли загрязнения на кремниевых пластинах? Если да, то где?

SKP можно использовать для измерения работы выхода из-за состояния поверхности образца без какой-либо специальной подготовки образца. Когда на поверхности кремниевой пластины присутствует загрязнение, ее работа выхода отличается от работы выхода чистого Si, что подтверждает наличие загрязнений. Выполнение сканирования области SKP образца позволяет выявить расположение загрязняющих веществ из-за разницы в рабочей функции по сравнению с окружающей областью.

(D. Cavalcoli, et al., Journal of The Electrochemical Society 150 (2003) G456-G460)

Каковы электронные характеристики чешуек 2D материалов?

В режиме обратной связи dc-SECM измеряет фарадеевский ток окислительно-восстановительного медиатора в растворе, который взаимодействует с образцом. Положительная обратная связь возникает, когда устанавливается петля обратной связи, в которой встречная реакция происходит вдали от датчика. Для 2D-материалов это может происходить на интересующей пластинке или связанных хлопьях. Эти электронные связи хлопьев иллюстрируются тем, как измеренный ток масштабируется с увеличением концентрации медиатора. Когда проводимость связана с взаимосвязью чешуек, измеренный ток не изменяется линейно с увеличением концентрации медиатора. Это также дает информацию о контактном сопротивлении между хлопьями.

(T. Bourgeteau, et al., The Journal of Physical Chemistry Letters 5 (2014) 4162-4166 O. Henrotte, et al., ChemPhysChem 18 (2017) 2777 – 2781)

Как соотносятся электрохимические характеристики зерен и границ зерен в металлических сплавах и других материалах?

Зерна и границы зерен материала обладают разной электрохимической активностью, что может быть исследовано с помощью DC-SECM. Фарадеевский ток, измеренный в dc-SECM, связан с активностью образца, причем более высокие токи отражают большую активность. Различная активность зерен и границ зерен материала вызовет разные токи зонда, которые могут быть локально отображены для визуализации структуры зерен / границ зерен образца.

(C. A. Lill, et al., Journal of Applied Electrochemistry 38 (2008) 1339-1345)

В ac-SDC измерение одночастотного импеданса может выполняться в капельной электрохимической ячейке, которую можно сканировать по поверхности. Различия в электрохимических свойствах зерен и границ зерен будут отражаться в различных ответах на измерение частоты и будут отображаться локально.

(A. W. Hassel, M. Seo, Electrochimica Acta 44 (1999) 3769-3777)

Как состав сплава влияет на его электронные свойства?

SKP измеряет контактную разность потенциалов между зондом и исследуемым образцом. Это напрямую связано с работой выхода образца. Калибровка датчика SKP позволяет определять влияние состава сплава на работу выхода бесконтактным и неразрушающим способом.

(G.-L. Song, D. Haddad, Materials Chemistry and Physics 125 (2011) 548–552)

Как влияет легирующая добавка на электронные свойства тонкой пленки?

Работа выхода - ценная мера для сравнения электронных свойств материала. В SKP контактная разность потенциалов между зондом и образцом может быть откалибрована, чтобы можно было сравнить различные легирующие примеси на работу выхода тонкой пленки.

(S. Huber, et al. Physica Status Solidi A 216 (2016) 1800942)