Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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5 Spitzenpräparation Abb. 5.1: Rasterelektronenaufnahme einer geschnittenen Spitze [Ric01] 5.2 Ätzmethode Eine deutlich günstigere und bessere Variante, Spitzen für das Rastertunnelmikroskop her- zustellen ist das elektrochemische Ätzen. Hierbei verwendet man meist einen Draht aus Wolfram. Jedoch oxidiert Wolfram sehr schnell an Luft. Aus diesem Grund sollte vor jeder Spitzenherstellung der Draht beispielsweise mit einem feinen Schleifpapier „gereinigt“ wer- den. Anschließend wird der Draht in einer 20%-igen NaOH-Lösung geätzt. Diese Methode wurde auch im Rahmen dieser Zulassungsarbeit angewandt. Bei Spannungen größer als +1, 43 V setzt an der Kathode folgende Reaktion ein [Sch97]: = −2, 48 V Kathode 6 H2O + 6 e – −→ 3 H2 + 6 OH – ε0 red Anode W + 8 OH – −→ 2 – WO4 + 4 H2O + 6e – ε0 ox = −1, 05 V W + 2 OH – +2H2O −→ 2 – WO4 + 3 H2 ε0 = +1, 43 V Die Ätzgeschwindigkeit ist am Übergang Luft-Lauge am größten [Sch97]. Folglich nimmt der Draht an dieser Stelle am schnellsten ab bis er irgendwann unter seinem Eigengewicht abreißt. In diesem Moment ist der Ätzprozess zu stoppen, da ansonsten die Spitze weiter abgeätzt und wieder runder würde. Dies erreicht man mit einer geschickten Regelelektronik (siehe Abschnitt 6.2.2 auf Seite 77). Findet der Abschaltvorgang im richtigen Moment statt, kann man davon ausgehen, dass man eine nahezu ideale Spitze erhält. 72
Verwendung des vorhandenen RTM 6 Im folgenden Kapitel sollen nun Arbeiten, die mit dem am Lehrstuhl vorhandenen Raster- tunnelmikroskop durchgeführt wurden, beschrieben werden. 6.1 Hintergründe Jonas Dittmann 1 hat im Rahmen seiner Facharbeit im Fach Physik beim Lehrer und Lehrstuhlmitarbeiter Dr. Stephan Lück 2 am Franken-Landschulheim Schloss Gaibach ein eigenes Rastertunnelmikroskop gebaut [Dit06]. Dabei verwendete er die Anleitung des SXM-Projektes der Universität Münster unter der Leitung von Christopher Zaum [Fuc10] als Grundlage. Aus finanziellen Gründen wurde das RTM aber nicht original nach- gebaut, sondern selbst logisch und nach Rücksprache mit den Betreuern aus Münster ab- geändert. Dabei wurde bewusst auf die I/O-Karte PC20TR verzichtet und stattdessen ein multifunktionales Datenerfassungssystem DAQ der Firma National Instruments 3 verwen- det. Deshalb war auch die beim SXM-Projekt angebotene Software unbrauchbar und so wurde auch eine neue Messsoftware mit LabView 4 von National Instuments entwickelt. Ver- besserungen zu dieser Software erfolgten dann im Rahmen einer Tätigkeit als studentische Hilfskraft am Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik der Universität Würzburg. Zu der Bedienungsweise und den Einstellungen des Mikroskops sei auf die Facharbeit von Jonas Dittmann [Dit06] verwiesen. 1 jdittmann@physik.uni-wuerzburg.de 2 slueck@physik.uni-wuerzburg.de 3 http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/de/nid/209145 4 http://www.ni.com/labview/d/ 73
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Im folgenden Kapitel sollen nun Arbeiten, die mit dem am Lehrstuhl vorhandenen Raster-<br />
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Lehrstuhlmitarbeiter <strong>Dr</strong>. Stephan Lück 2 am Franken-Landschulheim Schloss Gaibach<br />
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des SXM-Projektes <strong>der</strong> Universität Münster unter <strong>der</strong> Leitung von Christopher Zaum<br />
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multifunktionales Datenerfassungssystem DAQ <strong>der</strong> Firma National Instruments 3 verwen-<br />
det. Deshalb war auch die beim SXM-Projekt angebotene Software unbrauchbar und so<br />
wurde auch e<strong>in</strong>e neue Messsoftware mit LabView 4 von National Instuments entwickelt. Ver-<br />
besserungen zu dieser Software erfolgten dann im Rahmen e<strong>in</strong>er Tätigkeit als studentische<br />
Hilfskraft am Lehrstuhl für Physik und ihre Didaktik <strong>der</strong> Universität Würzburg.<br />
Zu <strong>der</strong> Bedienungsweise und den E<strong>in</strong>stellungen des Mikroskops sei auf die Facharbeit von<br />
Jonas Dittmann [Dit06] verwiesen.<br />
1 jdittmann@physik.uni-wuerzburg.de<br />
2 slueck@physik.uni-wuerzburg.de<br />
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