Фототермическая микроскопия - Photothermal microspectroscopy

Фототермическая микроскопия (PTMS), также известный как фототермическое колебание температуры (PTTF),[1][2] происходит от двух основных инструментальных техник: ИК-спектроскопия и атомно-силовая микроскопия (АСМ). В одном конкретном типе АСМ, известном как сканирующая тепловая микроскопия (SThM) зонд формирования изображений представляет собой субминиатюрный датчик температуры, который может быть термопарой или термометром сопротивления.[3] Детектор того же типа используется в приборе PTMS, что позволяет ему предоставлять изображения AFM / SThM: однако главное дополнительное использование PTMS - получение инфракрасных спектров из областей образца ниже микрометра, как описано ниже.

Техника

AFM сопряжен с инфракрасным спектрометром. Для работы с использованием Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (FTIR), спектрометр оснащен обычным источником инфракрасного излучения черного тела. Конкретная область образца может быть сначала выбрана на основе изображения, полученного с использованием режима работы AFM. Затем, когда материал в этом месте поглощает электромагнитное излучение, генерируется тепло, которое рассеивается, вызывая спад температурного профиля. Затем термический зонд определяет фототермический отклик этой области образца. Результирующие измеренные колебания температуры обеспечивают интерферограмма который заменяет интерферограмму, полученную с помощью обычной установки FTIR, например, путем прямого обнаружения излучения, прошедшего через образец. Температурный профиль можно сделать резким путем модуляции возбуждающего луча. Это приводит к генерации тепловых волн, длина диффузии которых обратно пропорциональна корню из частоты модуляции. Важным преимуществом теплового подхода является то, что он позволяет получать чувствительную к глубине геологическую информацию из измерений поверхности благодаря зависимости длины термодиффузии от частоты модуляции.

Приложения

Две особенности PTMS, которые до сих пор определили его применение: 1) спектроскопическое картирование может быть выполнено с пространственным разрешением значительно ниже дифракционного предела ИК-излучения, в конечном итоге в масштабе 20-30 нм. В принципе, это открывает путь к субволновой ИК микроскопии (см. сканирующая зондовая микроскопия ), где контраст изображения должен определяться тепловым откликом отдельных участков образца на определенные спектральные длины волн и 2) в целом, при исследовании твердых образцов не требуется специальной подготовки. Для большинства стандартных методов FTIR это не так.

Связанная техника

Этот спектроскопический метод дополняет другой недавно разработанный метод химической характеристики или снятия отпечатков пальцев, а именно микротермический анализ (микро-ТА).[4][5] В нем также используется «активный» зонд SThM, который действует как нагреватель, а также как термометр, чтобы вводить кратковременные температурные волны в образец и позволять получать изображения под поверхностью полимеров и других материалов. Обнаруженная деталь подповерхности соответствует вариациям в теплоемкость или же теплопроводность. Плавное изменение температуры зонда и, следовательно, температуры небольшой области образца, контактирующей с ним, позволяет проводить локальный термический анализ и / или термомеханометрию.

Рекомендации

  1. ^ Hammiche, A .; Pollock, H.M .; Чтение, М .; Claybourn, M .; и другие. (1999). "Фототермическая ИК-Фурье-спектроскопия: шаг к ИК-Фурье микроскопии с разрешением лучше, чем предел дифракции". Прикладная спектроскопия. 53 (7): 810. Bibcode:1999ApSpe..53..810H. Дои:10.1366/0003702991947379. S2CID  93359289.
  2. ^ Х. М. Поллок и Д. А. Смит (2002). «Использование зондов ближнего поля для колебательной спектроскопии и фототермической визуализации». В J.M. Chalmers & P.R. Griffiths (eds.). Справочник по колебательной спектроскопии. 2. Джон Уайли и сыновья. С. 1472–1492.
  3. ^ Маджумдар, А. (1999). «Сканирующая тепловая микроскопия». Ежегодный обзор материаловедения. 29: 505–585. Bibcode:1999AnRMS..29..505M. Дои:10.1146 / annurev.matsci.29.1.505.
  4. ^ Х. М. Поллок и А. Хаммиче (2001). «Микротермический анализ: методы и приложения». J Phys D. 34 (9): R23 – R53. Bibcode:2001JPhD ... 34R..23P. Дои:10.1088/0022-3727/34/9/201.
  5. ^ J. Ye; и другие. (2007). «Сканирующая термозондовая микроскопия: нанотермический анализ с рамановской микроскопией». Микроскопия и анализ: S5 – S8. Архивировано из оригинал на 2011-07-14.

дальнейшее чтение