دانلود پایان نامه ارشد :بررسی تصاويرميکروسکوپ گمانه روبشی با استفاده از تبديل موجک

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته رشته فیزیک

گرایش :اتمی ومولکولی

عنوان :   بررسی تصاويرميکروسکوپ گمانه روبشی با استفاده از تبديل موجک

دانشکدة علوم پایه

گروه آموزشي فیزیک

 پایان­نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته فیزیک گرایش اتمی ومولکولی

 عنوان:

 بررسی تصاويرميکروسکوپ گمانه روبشی با استفاده از تبديل موجک

 استاد راهنما:

دکتر داود رئوفی

 استاد مشاور:

دکتر مهدی حاج ولیئی

 27 اردیبهشت1393

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***

متن کامل را می توانید دانلود نمائیدچون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است

فصل اول : طبقه­بندی روش­های تعيين مشخصات مواد براساس نحوه عملكرد 3

مقدمه 3

1-1 روش­های ميكروسكوپي 4

1-2 روش­های براساس پراش 4

1-3 روش­های طيف سنجي 5

1-4 روش­های جداسازي 5

1-5سوزن­ها 8

1-6 نحوة بر هم كنش سوزن با سطح 9

1-7 مدهاي تماسي 10

1-8 میکروسکوپ گمانه ی روبشی SPM 11

1-8-1 میکروسکوپ­های پروبی- روبشی 11

1-8-2 میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) 13

1-8-3 میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) 14

1-8-4 میکروسکوپ روبشی جریان تونلی 18

1-8-5 میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) 18

1-8-6 میکروسکوپ نیروی مغناطیسی(MFM) 22

1-8-7 ميكروسكوپ روبشي تونلي (STM) : 22

فصل دوم : لایه­نشانی 26

مقدمه 27

2-1 تعریف لایه­نشانی 28

2-2 تاریخچه لایه­های نازک 28

2-3 تقسیم بندی لایه­ها از نظر ضخامت 29

2-4 تقسیم بندی لایه­ها بر اساس رسانایی 30

2-5 عوامل مؤثر در کیفیت لایه­های نازک 30

2-6 فرایندهای لایه­نشانی 31

2-6-1  فرایند تبخیر فیزیکی 31

2-6-2 روش پراکنشی (کند و پاش) 32

2-6-3 تبخیر با باریکه الکترونی(E.Beam) 33

فصل سوم : تبدیل فوریه ، تبدیل فوریه­ی زمان کوتاه و تبدیل موجک 35

مقدمه 36

3-1 تبدیل فوریه و تبدیل فوریه­ی زمان کوتاه (پنجره) 37

3-2 تبدیل موجک 40

3-3 مقياس گذاري 43

3-4  انتقال 43

3-2-1 تبدیل موجک پیوسته CWT 44

3-2-2 تبدیل موجک گسسته DWT 47

فصل چهارم : بحث و نتایج 49

مقدمه 50

4-1 مواد و روش ساخت 51

4-1-1 مواد آزمایش 51

4-1-2 روش ساخت 51

4-2 بكارگيري موجك درتصاویر SEM 53

4-2-1 پارامتر مقیاس 53

4-2-2 انتخاب تبدیلات موجک 54

4-2-3 ویژگی خانواده­ی تبدیلات موجک 54

4-2-4 پروفایل نماینده 54

4-2-5 پردازش تصویر 55

4-2-6 تحلیل داده با استفاده از نمودار 59

4-2-7 معرفی نمودارها 59

4-2-8 رسم  نمودار داده­های مربوط به جزئیات 59

4-2-9 رسم  نمودار تقریب مرتبه سوم 61

منابع                                                                                                                        . 64

فهرست اشکال

شکل 1-1 دسته بندی کلی روش­های وآنالیز مواد 7

شكل 1-2  انواع شکل­های سوزن شامل نوك تخت، نوك كروي، نوك T شكل و نوك تيز 8

شكل 1-3 سمت چپ:  نمايش نمادين بزرگي تغييرات نيروي بين سوزن و سطح در فواصل مختلف سوزن از سطح سمت راست: انحراف تيرك حين رفت و برگشت در نواحي مختلف فاصله از سطح (نيروي جاذبه يا دافعه). 9

شکل 1-4 مقايسه نمادين بين حالت تماسي و حالت غيرتماسي 10

شکل 1-5 تصویر (a)یک قطعه پیزوالکتریک (b)پروب (سوزن) 12

شکل 1-6  طرحی از یک میکروسکوپیک الکترونی 14

شکل 1-7 شماتيك اصول عملكرد  AFM 15

شکل 1-8 ساختار هندسه سه بعدي واحدهاي حافظه  CD تهيه شده توسط   AFM (هر واحدافقي نمودار 250 نانومتر و درجه عمودي 75 نانومتر) 16

شکل 1-9 تصویر یک نوع میکروسکوپ نیروی اتمی 17

شکل 1-10 تصوير الكتروني روبشي سطح يك فلز با مقياس يك ميكرون اجزاء اصلي و حالت كاري يك SEM  ساده 19

شکل 1-11 (a) طرحی از یک میکروسکوپیک الکترونی (b) شکل واقعی میکروسکوپ الکترونی 20

شکل1-12 نمودار شماتيكي اجزاء اصلي يك ميكروسكوپ الكتروني روبشي 20

شکل 1-13 نمايش نمادين اجزاي اصلي و اصول عملكرد دستگاه STM 23

شکل 1-14 مسير سوزن در مد جريان ثابت 24

شکل1-15ساختاراتمي يك نانوتيوب تك جداره کربن توسطSTM 25

شکل 2-1 طرحی از یک دستگاه کندوپاش 33

شکل 2-2 تصویر دستگاه کندوپاش تبخیر فیزیکی 34

شکل 3-1 روند تبديل فوريه­ی زمان كوتاه 38

شکل 3-2 نمایش تبدیل  فوریه­ی زمان کوتاه یک سیگنال. طول پنجره زمانی در طول کل زمان سیگنال ثابت است. 40

شکل 3-3  تفکیک سیگنال به موجک­های مادر تشکیل دهنده آن با استفاده از ضرائب تبدیل موجک 41

شکل 3-4 نحوه عمل در تبديل موجك 42

شکل 3-5 اثر scale factor بر روي يك موجك 43

شکل 3-6 انتقال يك موجك 43

شكل 3-7 مرحله دوم تبديل موجك پيوسته 46

شکل 3-8 مرحله سوم تبديل موجك پيوسته 46

شکل 3-9 مرحله چهارم تبديل موجك پيوسته 46

شكل 3-10 نمایشی از قدرت تفکیک زمان و بسامد 48

شكل 4-1 تصویر SEM لایه نازک مگهمایت در دمای ℃600…. 53

شکل 4-2 جزئیات مرتبه اول D1، دوم D2 ، سوم D3 و تقریب A3 از پروفایل نمایندة مربوط به دمای ℃ 400………………….. 56

شکل 4-3 جزئیات مرتبه اول D1، دوم D2 ، سوم D3 و تقریب A3 از پروفایل نمایندة مربوط به دمای ℃ 500………………….. 57

شکل 4-4 جزئیات مرتبه اول D1، دوم D2 ، سوم D3 و تقریب A3 از پروفایل نمایندة مربوط به دمای ℃ 600………………….. 58

شكل 4-5 مقایسه جزئیات مرتبه 1 تصاویر SEM لایه­های نازک مگهمایت در دماهای℃ 400،℃ 500،℃600 59

شكل 4-6 مقایسه جزئیات مرتبه 2 تصاویر SEM لایه­های نازک مگهمایت در دماهای℃ 400،℃ 500،℃600………………………. 60

شكل 4-7 مقایسه جزئیات مرتبه 3 تصاویر  SEM لایه­های نازک مگهمایت در دماهای℃ 400،℃ 500،℃600………………………. 60

شكل 4-8 نمایش تغییرات پروفایل داده­های تصاویر نانو ذرات مگهمایت در دماهای℃ 400، ℃ 500، ℃600 62

فصل اول

طبقه­ بندي روش­هاي تعيين مشخصات مواد براساس نحوه عملكرد

طبقه­بندي روش­های تعيين مشخصات مواد براساس نحوه عملكرد[4-1].

مقدمه:

پيشرفت­هاي اخير در فناوري نانو مربوط به توانايي­هاي جديد در زمينه اندازه­گيري و كنترل ساختارهاي منفرد در مقياس نانو مي­باشد.

در علوم مختلف مهندسي، موضوع اندازه­گيري و تعيين مشخصات از اهميت كليدي برخوردار است به طوري كه ويژگي­هاي فيزيكي و شيميايي مواد، به مواد اوليه­ی مورد استفاده و همچنين ريزساختار يا ساختار ميكروسكوپي به دست آمده از فرايند ساخت بستگي دارد.

به عنوان مثال براي شناسايي مواد ، بديهي است كه نوع و مقدار ناخالصي­ها، شكل و توزيع اندازه ذرات، ساختار بلورين و مانند آن در ماهيت و مرغوبيت محصول اثر دارند.

در ضمن براي مطالعه ريزساختارها، نياز بيشتري به ابزارهاي شناسايي و آناليز وجود دارد. در ريزساختار يا ساختار ميكروسكوپي مواد، بايد نوع فازها، شكل، اندازه، مقدار و توزيع آن­ها را بررسي كرد. در ادامه با توجه به اهميت دستگاه­ها و روش­هاي اندازه­گيري و تعيين مشخصات به طبقه­بندي اين روش­ها پرداخته می­شود.

1-1 روش­هاي ميكروسكوپي

با استفاده از روش­هاي ميكروسكوپي تصاويري با بزرگنمايي بسيار بالا از ماده بدست می­آید. قدرت تفكيك تصاوير ميكروسكوپي با توجه به كمترين قدرت تمركز اشعه محدود می­شود. به عنوان مثال با استفاده از ميكروسكوپ­هاي نوري با قدرت تفكيكي در حدود 1 ميكرومتر و با استفاده از ميكروسكوپ­هاي الكتروني، و يوني با قدرت تفكيك بالا در حدود يك آنگسترم قابل دسترسي است. اين روش­ها شامل [1]TEM،[2]AFM ،[3]SEM ،[4]STM می­باشد[6،5].

1-2 روش­هاي براساس پراش

پراش يكي از خصوصيات تابش الكترومغناطيسي می­باشد كه باعث می­شود تابش الكترومغناطيس در حين عبور از يك روزنه و يا لبه منحرف شود. با كاهش ابعاد روزنه به سمت طول موج اشعه الكترومغناطيسي اثرات پراش اشعه بيشتر خواهد شد. با استفاده از پراش اشعه ايكس، الكترونها و يا نوترونها و اثر برخورد آن­ها با ماده می­توان ابعاد كريستالي مواد را اندازه­گيري كرد. الكترونها  و نوترونها  نيز خواص موجي دارند كه طول موج آن به انرژي آن­ها بستگي دارد. علاوه بر اين هر كدام از اين روش­ها خصوصيات متفاوتي دارند. مثلا عمق نفوذ اين سه روش در ماده به ترتيب زير مي­باشد. نوترون از اشعه ايكس بيشتر و اشعه ايكس از الكترون بيشتر می­باشد.

 

1-3 روش­هاي طيف سنجي

استفاده از جذب، نشر و يا پراش امواج الكترومغناطيس توسط اتم­ها و يا مولكول­ها را طيف سنجي گويند. برخورد يك تابش با ماده می­تواند منجر به تغيير جهت تابش و يا تغيير در سطوح انرژي اتم­ها و يا مولكول­ها شود، انتقال از تراز بالاي انرژي به تراز پايينتر، نشر و انتقال از تراز پايين انرژي به تراز بالاتر، جذب ناميده مي­شود. تغيير جهت تابش در اثر برخورد با ماده نيز منجر به پراش تابش مي­شود.

طيف سنجي جرمي

روش­هاي طيف سنجي جرمي از تفاوت نسبت جرم به بار اتم­ها و يا مولكول­ها استفاده مي­کنند. عملكرد عمومي يك طيف سنجي جرمي بصورت زير است:

1 – توليد يون­هاي گازي

2 – جداسازي يون­ها براساس نسبت جرم به بار

3 – اندازه­گيري مقدار يون­ها با نسبت جرم به بار ثابت

1-4 روش­هاي جداسازيدر نمونه­هايي كه حاوي چند جز نا شناخته باشد، ابتدا بايد از هم جدا شده و سپس اجزا توسط روش­هاي آناليز مشخص می­شود. جداسازي براساس تفاوت در خصوصيات فيزيكي و شيميايي صورت می­گيرد. به عنوان مثال حالت ماده، چگالي و اندازه از خصوصيات فيزيكي مورد استفاده و حلاليت نقطه جوش و فشار بخار از خواص شيميايي مورد استفاده در جداسازي مي­باشد.

جدول 1-1 طبقه­بندي تجهيزات شناسايي بر مبناي خاصيت فيزيكي مورد اندازه­گيري

[1]Tunneling Electron Microscopic

[2]Atomic Force Microscopic

[3]Scanning Electron Microscopic

[4]Scanning Tunneling Microscopic

شکل 1-1 دسته­بندی کلی روش­ها و آنالیز مواد

از روش­هاي شناسايي مواد، تحت عنوان آناليز ريزساختاري آناليز سطح و آناليز حرارتي معرفي شده­اند. منظور از آناليز يا شناسايي ريزساختاري، همان شناسايي ميكروسكوپي است. در اين حالت، شكل، اندازه و توزيع فازها بررسي می­شود. بايد توجه داشت كه در ویژگی­هاي يك نمونه، نه تنها نوع فازها، بلكه شكل، اندازه و توزيع آن­ها نيز اثر گذار هستند. در اصل، سطح مواد جامد به خاطر ارتباط با محيط اطراف، وضعيت شيميايي يكساني با حجم نمونه ندارد. از طرف ديگر در بسياري از كاربردها، سطح نمونه نقش مهم­تری را بازي مي­کند. به عنوان مثال، در كاتاليزورها يا آسترهاي ضد خوردگي، واكنش سطح با عوامل محيطي، تعيين كننده است. نكته قابل توجه ديگر، آن است كه تركيب شيميايي در سطح با بدنه تفاوت دارد. بنابراين با تعيين آناليز شيميايي كل نمونه، نمی­توان در مورد آناليز سطح قضاوت كرد آناليز حرارتي در شناسايي فازي عمل مي كنند اين روش­ها، اطلاعات بسيار مفيدي از رفتار حرارتي مواد در اختيار پژوهشگران می­گذارند. از اين رو، نه تنها براي شناسايي آنها، بلكه در طراحي­های مهندسي نيز استفاده می­شوند. و نیز به ويژه در رشته سراميك كاربرد دارد و اهميت آن به دليل ساخت مواد جديد، روز افزون است.

1- 5 سوزن­ها

بسته به مد مورد استفاده­ی AFM و خاصيت مورد اندازه­گيري از سوزن­هاي مختلفي استفاده می­شود. زماني كه فرايند اندازه­گيري مستلزم وارد كردن نيروهايي فوق العاده زياد از جانب سوزن به سطح باشد از سوزن­هاي الماسي استفاده می­شود. همچنين سوزن­هاي با روكش­هاي الماس گونه براي اين منظور مورد استفاده قرار می­گيرند. به عنوان مثال در ايجاد نانو خراش­ها با نيروهايي به بزرگي N سرو كار داريم  (اين در حاليست كه در مد تماسي نيروي وارد بر سطح N می­باشد) و بايد از اين نوع سوزن­ها استفاده كنيم. پارامترهاي هندسي سوزن كه نوع كارايي سوزن و ميزان دقت نتايج بدست آمده را تعيين می­کنند عبارتند از شكل، بلندي، نازكی (زاويه راس هرم فرضي منطبق بر نواحي نوك)، تيز ي (شعاع دايره فرضي منطبق بر نوك).

شكل 1-2  انواع شکل­های سوزن شامل نوك تخت، نوك كروي، نوك T شكل  و نوك تيز

سوزن­هاي T شكل براي نقشه­برداري و آشكارسازي فرورفتگی­هاي موجود در بخش­های ديواره مانند سطح نمونه به كار می­روند. اين در حالي است كه سوزن­هاي نوك تيز اين قابليت را ندارند.

-6 نحوة بر هم كنش سوزن با سطح

شكل 1-3 به طور نمادين بزرگي و تغييرات نيروي بين سوزن و سطح را در فواصل مختلف سوزن از سطح نشان می­دهد. جهت فلش­ها نشان دهنده نزديك شدن (رفت) يا دور شدن (برگشت) سوزن نسبت به سطح می­باشد.

شكل 1-3سمت چپ: نمايش نمادين بزرگي تغييرات نيروي بين سوزن و سطح در فواصل مختلف سوزن از سطح  سمت راست: انحراف تيرك حين رفت و برگشت در نواحي مختلف فاصله از سطح (نيروي جاذبه يا دافعه).

نکته:

بايد حين فرآيند جاروب سطحي فاصلة سوزن از سطح در محدودة مناسبي باقي بماند. چرا كه از يك طرف فاصلة زياد (در اين نواحي نيروي جاذبه است) موجب كم شدن ميزان انحراف لرزانك و كاهش نسبت سيگنال به نويز در تعيين مولفة Z مكان سطح می­شود. از طرف ديگر فاصلة بسيار نزديك موجب وارد شدن نيروي زياد به سطح می­شود كه علاوه ­بر آسيب زدن به ساختار سطح و سوزن موجب كاهش درجة تفكيك خواهد شد.

1-7مدهاي تماسي[1]

مطابق تعريف به ناحیه­ای ” ناحية تماس ” می­گويند كه نيروي بين سوزن و سطح دافعه باشد. در مقايسه با مدهاي ديگر نيروي وارد شده به سطح در مدهاي تماسي بزرگتر است. از طرفي به دليل تماس پيوستة سوزن با سطح حين فرآيند روبش نيروهاي اصطكاك قابل توجهي (علاوه­ بر نيروي عمودي) به سطح و سوزن وارد می­شود كه موجب آسيب ديدگي سطوح حساس و كند شدن سوزن می­گردد.

[1]Touching Mode

تعداد صفحه :91

قیمت : 17300 تومان

 

 

پشتیبانی سایت :               [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  --