500-Euro-Rastertunnelmikroskop
500€ - Rastertunnel - Mikroskop
Dieses Wiki dient der Sammlung und laufenden Ergänzung aller Informationen, die benötigt werden, um ein funktionsfähiges Rastertunnel-Mikroskop (STM) mit einem Materialaufwand von maximal 500€ zu bauen.
Inhaltsverzeichnis
Funktionsweise des STM
Wie funktioniert ein STM, grundlegende Kenntnisse über die Physik hinter einem STM und Erklärung der Betriebsweise Theoretische Grundlagen: Quanten-Tunnel-Effekt Piezo-Effekt
Konstruktion des STMs
Ein allgemeiner Eindruck dieser Realisierung eines STMs bietet die Übersicht über den Aufbau. Dort werden der schematische Aufbau und Übersichtsfotos eines Aufbaus geboten, um einen Eindruck zu bekommen, wie ein abgeschlossenes Projekt aussehen kann.
Der genaue Ablauf der Konstruktion ist leicht variabel, da die einzelnen Module des STMs oftmals erst bei der letztendlichen Verdrahtung zusammengeführt werden. Um dennoch einen Leitfaden durch die Konstruktion zu bieten wurde die Seite Anleitung für den Nachbau erstellt, die die Arbeitsschritte nochmal kurz in einer sinnvollen Weise in eine Reihenfolge stellt und gleichzeitig eine Übersicht über die benötigten Teile und Werkzeuge verschafft. Das Inhaltsverzeichnis listet die Module an die Anleitung in ähnlicher Reihenfolge auf. Grundsätzlich können Scaneinheit - der Teil des STMs, der direkt mechanisch an dem Scan beteiligt ist - und Steuerungseinheit - der Teil des STMs, der an der Steuerung der Mechanik beteiligt ist - parallel zu einander aufgebaut werden. In diesem Fall wird allerdings mit der Scaneinheit begonnen.
Für jedes Modul des STMs ist eine eigene Seite erstellt worden, auf der sich eine Übersicht und Erklärung der Arbeitsweise dieses Moduls und eine Bauanleitung und eine Liste der benötigten Bauteile für das Modul findet. Die Eingliederung in den Gesamtaufbau findet sich am Ende der Seite. da manche Module erst bei der letztendlichen Verdrahtung in den Gesamtaufbau eingegliedert werden, wird bei diesen auf die entsprechende Seite unter dem Punkt "Zusammenbau von Scaneinheit und Steuerungseinheit" verwiesen.
Untere Aufteilung bietet also in der Art ein künstliches Inhaltsverzeichnis an.
Scaneinheit
Die Scaneinheit besteht aus den Bauteilen, die mechanisch an der Ausführung des Scans beteiligt sind.
Gehäuse
Scankopf
Piezoelement:
Piezoelement
Spitze:
Spitzen
Probenhalter
Dämpfung
Zusammenführung der Module
Installation des Scankopfes am Gehäuse
Installation des Probenhalters am Gehäuse
Zusammensetzen des Gehäuses
Steuerungseinheit
Unter Steuerungseinheit werden die Bauteile des STMs zusammengefasst, die für die Steuerung und Auswertung der Daten verantwortlich sind. Die Module der Steuerungseinheit, lassen sich parallel zueinander aufbauen, und werden dann erst in der Verdrahtung zusammengeführt.
Computer
Piezo-Treiber
Vorverstärker
Software
Die Entwicklung der Software ist bereits erfolgt, so dass diese nur noch auf dem Computer installiert werden muss. Der Benutzer kann die erforderlichen Parameter für den Scan in der Applikation einstellen. Eine Bedienungsanleitung findet sich unter dem Punkt Bedienung des STMs.
Zusammenbau von Scaneinheit und Steuereinheit
Verdrahtung
Verdrahtung Piezotreiber
Verdrahtung Vorverstärker
Stromversorgung
Stromversorgung für Piezo Treiber und Vorverstärker:
Stromversorgung für Piezotreiber und Vorverstärker
Stromversorgung für den Bias-Strom:
Biasstrom
Stromversorgung für den Computer:
Stromversorgung des Computers
Bedienung des STM
Für einen gelungen Scan muss die Kalibrierung des STMs stimmen. Zusätzlich benötigt es gute Proben und Spitzen und eine richtige Bedienung des STMs, damit das Ergebnis des Scans aussagekräftige Bilder liefern kann. Vor Allem muss dabei in der Nachbereitung des Scans, also in der Aufbereitung der Daten und Bewertung der gemessenen Daten, im besonderen darauf geachtet werden, ob der Scan geglückt ist oder inwieweit die Daten Aufschluss geben, wo der Fehler unterlaufen sein könnte. Folgende Seiten sollen einen Leitfaden bieten, wie das STM richtig bedient und ein aussagekräftiger Scan erstellt wird.
Vorbereitung für den Scan
Bevor ein Scan überhaupt aufgenommen werden kann, muss dieser zuerst vorbereitet werden. Dabei sollte sich zu erst ein Überblick verschafft werden, wie Applikation des STMs funktioniert. Sobald für einen erfolgreichen Scan eine erschütterungsfreie Umgebung geschaffen sind, müssen frisch präparierte Proben und Spitze in das STM eingebaut werden.
Bedienung der Applikation
Übersicht über die Applikation
Proben
Spitzen
Herstellung von Spitzen:
Spitzen
Einbau von Spitzen:
Spitzenwechsel
Aufnahme eines Scans
Wie nehme ich einen ordentlichen Scan auf, Was muss beachtet werden
Nachbearbeitung der Daten
Wie bereite ich meinen Scan auf, Korrektur, Darstellung, was kann ich rauslesen
