فهرست مطالب
تجسم و تصویربرداری از نانو مواد در شناسایی و به دست آوردن اطلاعات حیاتی در مورد نانو ساختارها بسیار حایز اهمیت است. میکروسکوپ نوری فرصتهایی را برای مشاهده، تجسم و گرفتن تصاویر از نانوذرات فراهم میکند که به پیشرفت مرزهای فناوری نانو کمکهای بسیار زیادی میکند.
این مقاله نحوه استفاده از میکروسکوپ نوری در تجزیه و تحلیل، تجسم و تصویربرداری از نانومواد و همچنین محدودیتهای آن و مطالعات اخیر مربوط به استفاده از میکروسکوپ نوری در تحقیقات نانومواد را مورد بحث قرار میدهد.
میکروسکوپ نوری چیست؟
میکروسکوپ نوری نوعی میکروسکوپ است که از عدسیهای مختلف و نور مرئی برای بزرگنمایی یک نمونه کوچک استفاده میکند. میکروسکوپهای نوری قدیمیترین نوع میکروسکوپها هستند.
اساسیترین انواع میکروسکوپهای نوری ممکن است بسیار ساده باشند. با این حال، بسیاری از طرحهای پیچیده نیز با هدف افزایش وضوح و کنتراست نمونهها تولید میگردند. از لحاظ تاریخی، ساخت این میکروسکوپ ها ساده بود. امروزه همچنان محبوب هستند زیرا از نور مرئی استفاده میکنند و اجازه میدهند مواد با چشم غیر مسلح دیده شوند.
چگونه از میکروسکوپ نوری در تجسم و تصویربرداری استفاده میشود؟
تجسم نوری یک روش بسیار موثر برای به دست آوردن اطلاعات ساختاری در مورد مواد است. تصاویر واقعی رنگی را میتوان با کمک تجسم سازی نوری جمع آوری کرد که در مشاهده فرآیندهای پویا به عنوان یک مزیت به حساب میآید. در مقایسه با میکروسکوپ پروب روبشی و میکروسکوپ الکترونی، میکروسکوپهای نوری به دلیل شرایط عملیاتی ساده و هزینه کم، مفید هستند.
برای تولید یک عکس میکروسکوپی، تصویری که از طریق یک میکروسکوپ نوری دیده میشود، قابل برداشت توسط یک دوربین معمولی حساس به نور میباشد. به طور سنتی فیلمهای عکاسی برای تصویربرداری در میکروسکوپ نوری استفاده میشد. با این حال، پیشرفتهای تکنولوژیکی در دوربینهای دیجیتال، تصویربرداریهای دیجیتال با وضوح بالا را نیز را ممکن کرده است.
میکروسکوپهای نوری کاملاً دیجیتال ترکیب شده با دوربینهای CCD در حال حاضر در دسترس هستند. این میکروسکوپها کمک کردهاند تا دید معمولی چشمی حذف شده و میتوان تصاویر را مستقیماً روی صفحههای کامپیوتر مشاهده نمود.
چگونه از میکروسکوپ نوری در تجزیه و تحلیل نانومواد استفاده می شود و چرا؟
برای تعیین خصوصیات نانومواد، توانایی تجسم مستقیم نانوذرات در شرایط محیطی از اهمیت بالایی برخوردار است. عمدتاً برای مشاهده تک تک نانوذرات، یک میکروسکوپ الکترونی با وضوح زیاد و در خلاء بالا مورد نیاز است.
بااینحال بدلیل فضای باز و عملکرد آسان، میکروسکوپهای نوری پیشرفته هم در توصیف و تجزیه و تحلیل نانومواد قابل استفاده هستند. با این حال، تفاوت قابل توجهی در وضوح بین میکروسکوپهای نوری و میکروسکوپهای الکترونی وجود دارد. از این رو، تصویربرداری و تجسم مؤثر برای دستکاری قابل کنترل، مکانیابی دقیق و مشاهده مستقیم نانوذرات مورد نیاز است که تنها توسط میکروسکوپهای الکترونی قابل انجام میباشد.
چه نمونه هایی از میکروسکوپ نوری برای تجزیه و تحلیل نانومواد استفاده می شود؟
در طول چند سال گذشته، روشهای مختلفی برای تجزیه و تحلیل نانومواد از طریق میکروسکوپ نوری ارائه شده است. به عنوان مثال، محققان در تجسم نوری انواع نانومواد، مانند نانوالیاف، گرافن و نانولولههای کربنی، با گذاشتن برچسبهای قابل مشاهده یا با استفاده از پدیدههای نوری خاص، پیشرفتهای قابل توجهی داشتهاند.
چنین تلاشهایی راه را برای انجام تحقیقات بیشتر در مورد خواص و کاربردهای این نانومواد هموار کرده است. علاوه بر این با طراحی و اصلاح تنظیمات میکروسکوپ نوری، دانشمندان قادر هستند، نانومواد را مستقیماً دستکاری کنند. این موضوع نه تنها کاربردهای این میکروسکوپها را گسترش داده، بلکه درک بهتری از فرآیندهای پویا در مقیاس نانو ارائه کرده است.
انواع مختلفی از میکروسکوپهای نوری در شناسایی و تجزیه و تحلیل نانومواد استفاده میشود. به عنوان مثال، میکروسکوپ نوری فتوترمال، میکروسکوپ رامان، میکروسکوپ تشدید پلاسمون سطحی، میکروسکوپ میدان تاریک، و میکروسکوپ فلورسانس در نانوکاتالیز، نانوالکتروشیمی و نانوحسگر برای به دست آوردن اطلاعات حیاتی در مورد نانوساختارهای مختلف استفاده میشوند.
محدودیت های میکروسکوپ نوری
یکی از محدودیتهای میکروسکوپ نوری، وضوح کم، همراه با اندازه بزرگ پرتو میکروسکوپهای نوری است. این محدودیت، بهویژه برای تصویربرداری از نانو مواد، غیر مفید است، زیرا بسیاری از نانوذرات، نانولولهها یا نانوساختارها از نظر اندازه بسیار کوچکتر از حد تفکیک نوری 200 نانومتر هستند.
به عنوان مثال، تجسم نانولولههای کربنی یا (CNTs) از طریق میکروسکوپ نوری معمولی امکانپذیر نیست، زیرا قطر نانولولههای کربنی معمولاً بسیار کوچکتر از اندازه پرتوهای روشنایی است. از این رو استراتژیهای تصویربرداری و تجسم موثر به دقت طراحی شدهاند تا مشاهده مستقیم، استفاده مکرر، مشخصهسازی عملکرد، دستکاریهای قابل کنترل و مکان دقیق ریز ذرات را محقق کنند.
مطالعات اخیر
مطالعهای در سال 2020 منتشر شد که میکروسکوپ نوری میدان روبشی نوع Scattering (s-SNOM) را مورد بحث قرار داده است. این مطالعه نشان داد که این نوع میکروسکوپ نوری قادر است گذردهی پیچیده نانومواد را به صورت کمی و همچنین خواص نوری ذاتی آنها مانند ضریب شکست را، ترسیم نماید.
این تیم این قابلیت را در آزمایشهای مربوط به سه ماده نانوساختار مختلف، از جمله نانوذرات سرامیکی پلاسمونیک، نانوپوششهای نوری با خواص رنگی قابل کنترل و میکروکپسولهایی با خواص دارورسانی به کار بردند. این آزمایشها به دانشمندان کمک کرد تا نشان دهند که چگونه نگاشت گذردهی پیچیده با s-SNOM با ارائه اطلاعات منحصربهفردی که ارزیابی آن با تکنیکهای دیگر غیرممکن است، به درک این مواد کمک مینماید.
مطالعه دیگری که در سال 2021 منتشر شد، مزایای میکروسکوپ نوری را نسبت به میکروسکوپهای الکترونی مانند SEM و TEM در تحقیقات نانومواد مورد بحث قرار میدهد. البته این تحقیق شناسایی سریع، مکان یابی و دستکاری نانومواد را به دلیل اندازه کوچک آنها چالش بزرگی در این خصوص میداند.
برای به دست آوردن اطلاعات خاص در مورد مورفولوژی و ساختارمندی و سایر خواص با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، نمونه باید در خلاء باشد. این موضوع دارای چندین عیب است، مانند ایجاد اشکال در انجام چندین عملیات و آسیب دیدن نمونهها پس از پیش تصفیه برای میکروسکوپ الکترونی. برعکس، میکروسکوپ نوری فرصتهایی را برای دستکاری بدون تخریب یا آسیب رساندن به نمونهها در شرایط عادی فراهم میکند.
🌷 اینستاگرام محصولات مکس نیت 🌷
