Программа опережающей профессиональной переподготовки в области метрологического обеспечения измерений размеров в нанодиапазоне (стр. 11 )

1	Практические приемы работы на атомно-силовом микроскопе
Основные узлы атомно-силового микроскопа. Работа с управляющей программой микроскопа. Зондовые датчики АСМ и их установка. Оптическая система регистрации при различных конфигурациях АСМ. Юстировка оптической системы регистрации. Подготовка образцов. Ручной и автоматический подвод. Выбор скорости подвода и сканирования.
2	Контактный квазистатический метод работы АСМ
Контактный метод работы. Измерение рельефа поверхности методом постоянной высоты и методом постоянной силы. Закон Гука. Схема петли обратной связи в контактном методе. Метод латеральных сил. Зависимость сигнала DFL от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (контактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения силы взаимодействия зонда с образцом. Достоинства и недостатки контактного метода АСМ.
3	Полуконтактный колебательный метод работы АСМ
Принцип работы АСМ в полуконтактном колебательном методе. Раскачка кантилевера. Обработка переменного сигнала DFL. Сигналы MAG, MAGsin, MAGcos, RMS, Phase. Схема петли обратной связи в полуконтактном методе. Преимущества полуконтактного метода. Зависимость сигнала MAG от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (полуконтактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения амплитуды колебаний кантилевера.
4	Калибровка атомно-силового микроскопа
Эталонные образцы с трапециевидным профилем - ГОСТ Р 8.629-2007. Мера МШПС 2.0К. Особенности проведения калибровки АСМ согласно ГОСТ Р 8.635-2007. Обработка получаемого изображения и параметризация профиля видео-сигнала. Альтернативные эталонные образцы: структуры TGZ1, TGZ2, TGZ3. Перспективные разработки в области создания эталонов длины для калибровки АСМ. Определение эффективного радиуса кривизны зонда АСМ с помощью структуры TGT1.
5	Пробоподготовка и исследование наночастиц, нанотрубок, нанопорошков и ансамблей нанообъектов
Исследуемые и измеряемые параметры нанообъектов. Пробоподготовка нанообъектов: диспергирование, химическая активация подложки и иммобилизация нанообъектов. Особенности измерения параметров нанообъектов. Эффекты близости: влияние плотности расположения объектов на разрешение АСМ.

1.4 Темы практических занятий по модулю «Методы атомно-силовой микроскопии для измерения размерных параметров нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов, пористых наноматериалов» (Объем модуля - 8 часов)

1	Практические приемы работы на атомно-силовом микроскопе
Основные узлы атомно-силового микроскопа. Работа с управляющей программой микроскопа. Зондовые датчики АСМ и их установка. Оптическая система регистрации при различных конфигурациях АСМ. Юстировка оптической системы регистрации. Подготовка образцов. Ручной и автоматический подвод. Выбор скорости подвода и сканирования.
2	Контактный квазистатический метод работы АСМ
Контактный метод работы. Измерение рельефа поверхности методом постоянной высоты и методом постоянной силы. Закон Гука. Схема петли обратной связи в контактном методе. Метод латеральных сил. Зависимость сигнала DFL от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (контактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения силы взаимодействия зонда с образцом. Достоинства и недостатки контактного метода АСМ.
3	Полуконтактный колебательный метод работы АСМ
Принцип работы АСМ в полуконтактном колебательном методе. Раскачка кантилевера. Обработка переменного сигнала DFL. Сигналы MAG, MAGsin, MAGcos, RMS, Phase. Схема петли обратной связи в полуконтактном методе. Преимущества полуконтактного метода. Зависимость сигнала MAG от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (полуконтактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения амплитуды колебаний кантилевера.
4	Калибровка атомно-силового микроскопа
Эталонные образцы с трапециевидным профилем - ГОСТ Р 8.629-2007. Мера МШПС 2.0К. Особенности проведения калибровки АСМ согласно ГОСТ Р 8.635-2007. Обработка получаемого изображения и параметризация профиля видео-сигнала. Альтернативные эталонные образцы: структуры TGZ1, TGZ2, TGZ3. Перспективные разработки в области создания эталонов длины для калибровки АСМ. Определение эффективного радиуса кривизны зонда АСМ с помощью структуры TGT1.
5	Пробоподготовка и исследование нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов, пористых наноматериалов
Исследуемые и измеряемые параметры нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов и пористых наноматериалов. Пробоподготовка: приготовление сколов и срезов, использование фокусированного ионного пучка. Особенности измерений параметров нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов и пористых наноматериалов. Эффекты близости: влияние плотности расположения объектов на разрешение АСМ. Использование вспомогательных методов АСМ для визуализации контраста изображения поверхности нанокомпозитов, объемных наноструктурированных объектов и пористых наноматериалов.

1.5 Темы практических занятий по модулю «Методы атомно-силовой микроскопии для измерения размерных параметров наноструктурированных покрытий». (Объем модуля - 12 часов)

1	Практические приемы работы на атомно-силовом микроскопе
Основные узлы атомно-силового микроскопа. Работа с управляющей программой микроскопа. Зондовые датчики АСМ и их установка. Оптическая система регистрации при различных конфигурациях АСМ. Юстировка оптической системы регистрации. Подготовка образцов. Ручной и автоматический подвод. Выбор скорости подвода и сканирования.
2	Контактный квазистатический метод работы АСМ
Контактный метод работы. Измерение рельефа поверхности методом постоянной высоты и методом постоянной силы. Закон Гука. Схема петли обратной связи в контактном методе. Метод латеральных сил. Зависимость сигнала DFL от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (контактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения силы взаимодействия зонда с образцом. Достоинства и недостатки контактного метода АСМ.
3	Полуконтактный колебательный метод работы АСМ
Принцип работы АСМ в полуконтактном колебательном методе. Раскачка кантилевера. Обработка переменного сигнала DFL. Сигналы MAG, MAGsin, MAGcos, RMS, Phase. Схема петли обратной связи в полуконтактном методе. Преимущества полуконтактного метода. Зависимость сигнала MAG от смещения кантилевера вдоль вертикальной оси (полуконтактные кривые повода-отвода). Определение абсолютного значения амплитуды колебаний кантилевера.
4	Калибровка атомно-силового микроскопа
Эталонные образцы с трапециевидным профилем - ГОСТ Р 8.629-2007. Мера МШПС 2.0К. Особенности проведения калибровки АСМ согласно ГОСТ Р 8.635-2007. Обработка получаемого изображения и параметризация профиля видео-сигнала. Альтернативные эталонные образцы: структуры TGZ1, TGZ2, TGZ3. Перспективные разработки в области создания эталонов длины для калибровки АСМ. Определение эффективного радиуса кривизны зонда АСМ с помощью структуры TGT1.
5	Пробоподготовка и исследование наноструктурированных покрытий
Исследуемые и измеряемые параметры наноструктурированных покрытий. Пробоподготовка для измерения шероховатости поверхности наноструктурированных покрытий. Определение шероховатости поверхности согласно ГОСТ 2789-73: «Шероховатость поверхности». Параметры и характеристики. Определение шероховатости поверхности согласно ГОСТ Р 8.700-2010. «Методика измерений эффективной высоты шероховатости поверхности с помощью сканирующего зондового атомно-силового микроскопа».

2.  Краткое описание актуальности заявленных тем.

Физические основы атомно-силовой микроскопии – в ходе данной лекции рассматриваются физические основы силового взаимодействия зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью исследуемого образца, а именно упругие взаимодействия (постановка и решение задачи Герца, контактное давление), капиллярная сила (основные положения теории поверхностного натяжения, формула Лапласа), силы Ван-дер-Ваальса (ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействия, Ван-дер-ваальсовское притяжение зонда различной формы к образцу), адгезионные силы (физическая природа адгезии, модели DMT, JKR и Маугиса адгезии твердых тел). Рассматриваются вопросы разрушения поверхностей зонда и образца. В лекции обсуждается модель колебательного движения зонда АСМ вблизи поверхности. Изложена теория линейных колебаний кантилевера, в частности, собственные колебания и колебания при наличии сил трения. Описывается апериодическое, периодическое движение кантилевера, критическое затухание, вводится понятие добротности кантилевера. Кроме того, рассматриваются колебания при наличии внешней вынуждающей периодической силы: идеальный случай и при наличии трения. В приближении малых колебаний кантилевера рассматривается амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики кантилевера, изменение фазы, амплитуды и частоты колебаний в силовом поле.

Устройство АСМ – слушатели получают представление об основных элементах атомно-силового микроскопа и общей схеме их взаимодействия. Детально обсуждаются конструкции зондовых датчиков, систем регистрации отклонения кантилевера и пьезосканеров. Особое внимание уделяется рассмотрению недостатков пьезоэлементов и способам их компенсации или устранения. Важная часть лекции посвящена описанию системы обратной связи в АСМ.