موضوع مقاله: روش کاوشگر کلوییدی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # روش کاوشگر کلوییدی | مقدمه: تکنیک کاوشگر کلوئیدی اغلب برای اندازه‌گیری نیروهای برهم کنشی بین ذرات کلوئیدی و / یا سطوح مسطح در هوا یا محلول استفاده می‌شود. | ## بخش 1: روش کاوشگر کلوییدی | کاوشگر کلوئیدی از یک ذره کلوئیدی با قطر چند میکرومتر تشکیل شده‌است که به یک اهرم AFM متصل است. از زمان توسعه، این ابزار محبوبیت زیادی را در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی کسب کرده‌است و در تحقیقات علمی بسیار مورد بررسی قرار گرفته‌است. روش‌های دیگر برای اندازه‌گیری نیرو میان سطوح شامل وسیله نیروهای سطحی، میکروسکوپ انعکاس داخلی و روش موچین نوری برای میکروسکوپ تصویری است. هدف توانایی اندازه‌گیری مستقیم نیروهای مابین ذرات و سطوح ضروری است زیرا این نیروها در انواع فرایندهای مربوط به سیستم‌های کلوئیدی و پلیمری مورد بررسی می‌باشند. به عنوان مثال می‌توان به تجمع ذرات، رئولوژی تعلیق، رسوب ذرات و فرایندهای چسبندگی اشاره کرد. روش کاوشگر کلوئیدی ابزاری برای اندازه‌گیری نیروهایی بین یک ذره کلوئیدی و یک صفحه مسطح یا بین دو ذره کلوئیدی فراهم می‌کند (شکل بالا را ببینید). ذراتی که در این آزمایش‌ها استفاده می‌شوند به‌طور معمول قطر بین ۱۰–۱ میکرومتر دارند. از کاربردهای رایج این روش می‌توان به اندازه‌گیری نیروهای بین دو لایه الکتریکی و بار سطحی، نیروهای ون در والس یا نیروهای ناشی از پلیمرهای جذب شده اشاره کرد.I. اصل در روش کاوشگر کلوئیدی از میکروسکوپ AFM استاندارد برای محاسبه نیرو بکار گرفته می‌شود. این کاوشگر کلوئیدی به‌طور معمول از طریق اتصال ذره ای کلوئیدی به یک اهرم بدست می‌آید. | ## بخش 2: روش کاوشگر کلوییدی | با ثبت انحراف اهرم به عنوان تابعی از جابجایی عمودی اسکنر AFM می‌توان نیرویی را که بین کاوشگر و سطح ایجاد می‌شود را محاسبه کرد. با استفاده از این کاوشگر می‌توان فعل و انفعالات بین سطوح مختلف و ذرات کاوشگر را در هندسه صفحه- کره مطالعه کرد. همچنین می‌توان با وصل کردن ذره دیگری به زیرلایه، نیروهای بین ذرات کلوئیدی را بررسی کرد و در هندسه کره-کره اندازه گرفت. اسکنر از بلورهای پیزوالکتریک ساخته شده‌است، که قرارگیری آن را با دقت بیشتر از ۰٫۱ نانومتر امکان‌پذیر می‌کند. یکی از آنها میزان انحراف را با تابش پرتویی که از یک دیود منشعب می‌شود اندازه می‌گیرد. سیگنال اهرم Sنشان دهنده اختلاف جریانهای نوری است که از دو نیمه دیود نشات گرفته‌است؛ بنابراین سیگنال اهرم متناسب با انحراف ξ است. در طول یک چرخه رفت و برگشتی، سیگنال اهرم S به عنوان تابعی از تغییر مکان عمودی D اسکنر ضبط می‌شود. فرض کنید که کاوشگر و بستر اجسام سخت و غیر شکل‌پذیری هستند و وقتی در تماس نیستند هیچ نیرویی بین آنها وجود ندارد. در منطقه تماس، سیگنال اهرم یک تابع خطی از جابجایی است و می‌تواند به عنوان یک خط مستقیم نشان داده شود. S = a D + b پارامترهای a و b را می‌توان از تناسب حداقل مربعات ناحیه مطابقت معین محاسبه کرد. | ## بخش 3: روش کاوشگر کلوییدی | با وارونه سازی این رابطه برای سیگنال اهرم S 0، می‌توان به‌طور دقیق نقطه تماس را از رابطه D 0 = (S 0 - b) / a بدست آورد. ξ = (S - S 0) / a به همین شکل می‌توان انحرافات اهرم را با وضوح بهتر از ۰٫۱ نانومتر مشخص کرد. در مورد یک نیروی دافعه نرم، اهرم از سطح رانده می‌شود و فقط به آرامی به منطقه مطابقت ثابت نزدیک می‌شود. افزونه‌ها کاوشگرهای کلوئیدی به‌طور معمول با اتصال ذره کلوئیدی به یک اهرم و یک ریزدانه در هوا ساخته می‌شوند. غوطه ور شدن مجدد کاوشگر ممکن است منجر به تشکیل حبابهایی در ابعاد نانو در سطح کاوشگر شود. با اتصال ذرات کلوئیدی در شرایط مرطوب به اهرم های عملکردی مناسب می‌توان از این مشکل جلوگیری کرد. در حالی که از تکنیک کاوشگر کلوئیدی بیشتر در هندسه صفحه-کره استفاده می‌شود، می‌توان از آن در هندسه کره-کره نیز استفاده کرد. این روش به تعیین دامنه میانگین مربع جابجایی اهرم ناشی از نوسانات حرارتی خود به خود متکی است. در روش جرم اضافه شده ، دانه‌هایی فلزی به اهرم متصل می‌شود و هر کدام از این دانه‌ها فرکانس تشدید را تعیین می‌کند. | ## جمع‌بندی | با بهره‌گیری از رابطه نوسان ساز هارمونیکی بین فرکانس، رزونانس و جرم اضافه شده می‌توان ثابت فنر را نیز بدست آورد.