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原子探針理論與技術 期末報告 - 蟬翼

原子探針理論與技術 期末報告 - 蟬翼. 指導教授 : 莊承鑫 學生姓名 :49914012 周仕倫 49914069 李孟修 49914094 楊政翰 49914110 張龍右. 目錄. 1. 研究動機 2. 試片準備 3. 機台操作參數 4. 實驗 結果 5. 結論. 研究 動機.

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原子探針理論與技術 期末報告 - 蟬翼

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Presentation Transcript

  1. 原子探針理論與技術期末報告-蟬翼 指導教授: 莊承鑫 學生姓名:49914012 周仕倫 49914069 李孟修 49914094 楊政翰 49914110 張龍右

  2. 目錄 • 1. 研究動機 • 2. 試片準備 • 3. 機台操作參數 • 4. 實驗結果 • 5. 結論

  3. 研究動機 最初進行思考試片準備時原先預設樣本為蓮花葉，因眾多研究報告顯示其葉片上具有類似纖毛結構的突出物(圖A)，這些纖毛結構的尺寸介於100~200nm左右，使得灰塵附著於蓮花葉表面時大多數皆是與纖毛接觸而非與蓮葉接觸，而當有水從葉面上滾過時因灰塵粒子與水滴間有較強的吸附力，所以很容易就被水滴帶走而形成自潔的功能(圖B)。 而生物中除了蓮花、蝴蝶翅膀外蟬的翅膀也接連被發現擁有奈米等級突狀結構(如圖C)，而澳洲斯威本科技大學的Elena Ivanova於2012年發現蟬的翅膀能有效殺死Pseudomonas aeruginsoa(一種感染人體並對抗生素耐藥的細菌)，並發表於2013年2月《Biophysical Journal》的研究中第一次模擬蟬的翅膀上的奈米柱如何使接細菌表面破裂進而殺死細菌(圖D)。 圖A 蓮花葉表面突起結構 圖D 細菌附著於奈米柱示意圖 圖C 蟬翼表面微結構 圖B 蓮花葉表面自潔效應

  4. 試片準備 起初構想為蓮花葉片，但巡遍花店、農田及校園烏龜池並沒有得到樣本，而在烏龜池周圍意外發現有蝴蝶、蜜蜂、蟬因此費盡千辛萬苦各捕捉一隻並採集翅膀做為試片。 壓克力試片 雙面膠 掃描樣本 試片準備示意圖 圖E.蟬翼試片 圖F.蜂翼試片 圖G.毛眼灰蝶背面試片 圖H.毛眼灰蝶正面試片

  5. 機台操作與參數 • 1.打開主機並暖機10分鐘後將AFM後端的Hystron/STD介面卡切換至STD(圖1) • 2.將CP Research Head(圖2)裝在Transducer(圖3)上，並調整檔位為Non-Contact • 3.放置固定探針之小鐵片於平台上(圖4)，並壓下利用夾子將探針固定於小鐵片上(圖5)，利用Spring Tool扳開探針彈夾夾座，並將小鐵片的背面三個小孔準確的放入探針彈夾的三個固定點(圖6)，後將探針彈夾插在CP Research Head的插槽內(圖7)。 圖1.介面卡 圖2. CP Research Head 圖4. 小鐵片放置平台上 圖7. CP Research Head插回插槽 圖5. 固定探針於鐵片上 圖6. 小鐵片放置探針彈夾 圖3. Transducer

  6. 4.開啟軟體並取消使用共振頻率，並將X方向與Y方向的Size歸零，點擊ScanOff並將雷射關閉。4.開啟軟體並取消使用共振頻率，並將X方向與Y方向的Size歸零，點擊ScanOff並將雷射關閉。 • 5.設定下針參數選擇Auto select，再按Done(如圖8) 。 • 6.設定掃描模式選擇為NCM，再按OK(如圖9) 。 • 7.打開兩個Scale，其中一個Scale之CH(channel)選擇為A-B， 另外一個Scale之CH選擇為A+B(如圖10)。 • 8.確認紅外線瞄準在探針的懸臂樑中間並微調確認調整燈，後調整NCM頻率。 • 9.確認ScanOff後按Approach下針後直到Z Piezobar停止在中間則下針完成(如圖11)。 • 10.調整掃描面積尺寸並調整Gain值、X和Y之offset值。Slope調整至水平，NC模式Scan rate應在0.5Hz~2Hz之間，按下Image即開始掃描呈像。 圖8. 圖10. 圖11. 圖9.

  7. 實驗結果 Line4線剖面圖數值 Ra:中心線平均粗糙度 Rq:均方根粗糙度 Rp:波峰與中心線距離 Rv:波谷與中心線距離 Rp-v:波峰與波谷間距離 1.第一片試片:蜜蜂翅膀 下針失敗 2.第二片試片:毛眼灰蝶翅膀背面 下針失敗 汙染探針 3.第三片試片:毛眼灰蝶翅膀正面 下針成功 4.第四片試片:蟬翅膀 左上圖為2D掃描結果圖 掃描面積為2um*2um 左下圖為樣本高低差分布區 可以發現大約分布在60nm至120nm之間

  8. 結論 準備了4種試片原先預期毛眼灰蝶翅膀正背面應是最為保險的備案，因有許多研究皆以蝴蝶翅膀鱗片做為研究對象，雖然因為正面怕探針遭汙染而沒下針，背面也因下針一直無法成功作罷但在OM顯微鏡下卻可以觀察到翅膀上的確是以鱗片的結構排列在表面上。 蜜蜂翅膀無法下針成功原因我們推測為表面過於粗糙，加上有鉤狀毛立於表面導致容易與探針碰撞造成探針受損因此沒有成功測量出表面形貌。 蟬的翅膀原本是最不受看好的，因為剛掃描完圖形顯示時並看不出什麼所以然，深入探討看完資料才意外發現原來蟬的翅膀也具有微結構，並且能運用物理性破壞殺死細菌的功能還是最近研究發現出來的，而我們掃描出來的突狀物分布雖然不均勻但也呈現出奈米柱(100nm)的形式。 蟬翼的表面形貌3D圖

  9. 參考資料 • 1. 環球網 http://www.zwbk.org/MyLemmaShow.aspx?zh=zh-tw&lid=424280 • 2.科學研習,2013年1月,No52-1,Page 9 ~ Page 13 • 3.發現雜誌,2013年3月5日 http://blogs.discovermagazine.com/80beats/2013/03/05/watch-this-cicadas-kill-bacteria-with-structures-on-their-wings/?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+80beats+%2880beats%29#.U4XiafmSwUn • 4.科學發展第354期 • 5.Tapping Mode 操作手冊 • 6.遠距遙控電子顯微鏡教學網 http://cem.ess.nthu.edu.tw/k12/Gallery.asp?id=20DFF4132DF0A383&ColId=78BA013102F382&sCid=57BAD71EAFEF132

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