1. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) Nedir?
Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), hassas bir bilimsel cihaz olup, vakum, atmosfer, sıvı ve değişken sıcaklık ortamları gibi farklı çalışma koşullarında kullanılabilir. AFM, malzemenin yüzey morfolojisini, fiziksel ve kimyasal özelliklerini incelemek için test edilen numune ile prob arasındaki zayıf etkileşimi algılamaya dayanır.
AFM’lerin hem vakum hem de atmosfer ortamı işlevlerine sahip olması, aşağıdaki kritik uygulama gereksinimlerinden kaynaklanmaktadır:
- Atomik Çözünürlük İhtiyacı: Atomlar arasındaki etkileşim kuvveti son derece küçüktür. AFM çalışırken, prob ve numune arasındaki mesafenin sadece birkaç nanometre veya onlarca nanometre olması gerekir. Havadaki gaz moleküllerinin aktif varlığı, mekanik titreşimler ve elektromanyetik parazit, yüksek çözünürlük elde etmeyi zorlaştırır. Gerçek atom düzeyinde çözünürlük elde etmek için AFM’lerin vakum ve ultra yüksek vakum (UHV) ortamlarında çalışması gerekmektedir.
- Yerinde (In Situ) Deneysel Gereksinimler: Mikro-nano ölçekli araştırmaların derinleşmesiyle, birçok çalışmada numune yüzeyinde aynı deneysel alanda vakum veya kontrollü atmosfer ortamında (azot, oksijen, nem, alkol buharı vb. gibi) yerinde (in situ) testler yapılması zorunlu hale gelmiştir. Bu, özellikle sürtünme enerji dağılımı gibi deneylerde, çalışma ortamına zarar vermeden farklı işlevlere sahip diğer probların değiştirilmesini gerektirir.
- Kuvvet Spektrumu Ölçümleri: Farklı vakum dereceleri ve atmosferler altındaki kuvvet spektrumu ölçüm sonuçları, AFM ucunun ve incelenen malzemenin yapışma kuvvetinin, maruz kaldığı vakum basıncına ve gaza önemli ölçüde bağlı olduğunu göstermektedir.
Özetle, Atomik Kuvvet Mikroskobunun çevresel olarak kontrol edilebilir bir işlevi olmasını sağlamanın anahtarı, AFM’nin vakum derecesinin ve çevresel atmosferinin hassas kontrolü sorununu çözmektir.
2. Sorun Nasıl Çözülür?
Ultra yüksek vakumdan normal basınca kadar tüm aralıkta değişken basınç kontrolü sağlamak için, KaoLu’nun farklı debi kapasitelerine sahip Oransal Basınç Regülatörleri kullanılır.
Tüm vakum basıncı kapalı döngü kontrol sistemi, her biri belirli bir vakum aralığını kontrol eden dört gaz boru hattına ayrılmıştır:
- Düşük Vakum Aralığı (10 mBar ~ 1 Bar): Çift kanallı vakum basınç kontrolörünün ilk kanalı, 1000 Torr kapasitif vakum göstergesinden (ölçüm hassasiyeti %0,25) vakum ölçüm sinyalini toplar ve kontrolü sağlar.
- Yüksek Vakum Aralığı (0.01 mBar ~ 10 mBar): Kontrolörün ikinci kanalı, 10 Torr kapasitif vakum göstergesinden (ölçüm hassasiyeti %0,25) sinyali toplar ve ayar değeriyle karşılaştırır. Karşılaştırma sonrasında, KaoLu’nun Oransal Basınç Regülatörü sürülür. Regülatörün açıklığı hızla değiştirilerek hava giriş debisi ayarlanır ve bu sayede yüksek vakum aralığında %1 içinde kontrol hassasiyeti elde edilir. Bu aralığı kontrol ederken, egzoz boru hattındaki elektrikli küresel vananın her zaman tamamen açık tutulması gerekir.
- Ultra Yüksek Vakum Aralığı (10 üzeri -9 mBar ~ 0.01 mBar): Bu aralıkta, vakum basınç kontrolörü, iyonizasyon vakum göstergesinden (ölçüm hassasiyeti %15) gelen sinyali kullanır. Kontrolör, ayar değeriyle karşılaştırma yaptıktan sonra elektrikli değişken sızıntı valfini sürer. Sızıntı valfinin giriş debisini hızla değiştirerek, ultra yüksek vakum aralığında %15 içinde kontrol hassasiyeti sağlanır.
Vakum basıncını kontrol etme sürecinde, yüksek hassasiyetli kontrol elde etmek için kullanılan bileşenlerin ilgili teknik özelliklere uyması kritiktir:
Teknik Bileşenler
a. Vakum Derecesi Sensörü: Vakum derecesi sensörünün ölçüm hassasiyeti, kontrol sisteminin genel hassasiyetini belirleyen temel göstergelerden biridir.
- Bu çözüm, düşük ve yüksek vakum aralıklarında %0,25 doğruluğa sahip ince film kapasitif vakum göstergesi kullanır.
- Ultra yüksek vakum aralığında ise %15’e varan doğruluğa sahip bir iyonizasyon vakum göstergesi kullanılır.
b. Valfler: Çeşitli giriş ve egzoz valflerinin ayar hassasiyeti ve hızı da kontrol hassasiyetini belirleyen temel göstergelerdir.
- Kullanılan KaoLu’nun Oransal Basınç Regülatörü, çok iyi bir ayar hassasiyetine sahiptir ve tepki hızı 1 saniyenin altındadır.
- Ultra yüksek vakum aralığında, değişken sızıntı valfinin tepki hızı on mikrosaniyeden daha fazlasına ulaşabilir, bu da ultra yüksek vakumun hava giriş kontrolünü tam olarak karşılar.
c. Vakum Basınç Kontrolörü: Vakum basınç kontrolörünün sinyal toplama hassasiyeti, ayar çıkış hassasiyeti ve doğrusallaştırma işlevleri de kontrol hassasiyetini belirleyen temel göstergelerdir.
- Çözüm, tam ölçekli vakumun hassas kontrolüne ulaşabilen KaoLu’nun Oransal Basınç Regülatörünü kullanır.
Özet ve Sonuç
KaoLu’nun Oransal Basınç Regülatörü tabanlı çözümü, çevre kontrollü Atomik Kuvvet Mikroskobunda (AFM), ultra yüksek vakumdan normal atmosfere kadar herhangi bir vakum basıncı ayar noktasının doğru kontrolüne ulaşabilir. Sistem, ayarlanan vakum derecesine göre programlanabilir ve değişim eğrisi programlanarak kontrol edilebilir. Buna ek olarak, bu çözüm, çeşitli mikroskopların vakum ve atmosfer ortamlarının hassas kontrolüne de başarıyla uygulanabilir.
