Pełna nazwa: Sposób pomiaru właściwości termicznych powierzchni w skaningowej mikroskopii termicznej i układ do pomiaru właściwości termicznych powierzchni w skaningowej mikroskopii termicznej

Zespół
Prof. ndzw. dr hab. inż. Andrzej Sikora
mgr inż. Łukasz Bednarz

Istota wynalazku

Istotą wynalazku jest wprowadzenie zaawansowanego sterowania systemem skaningowej mikroskopii termicznej, wykorzystywanej do pomiaru właściwości cieplnych powierzchni w skali mikrometrowej i submikrometrowej. Wynalazek pozwala na zwiększenie dokładności pomiaru, w szczególności zaś zmniejszenie wpływu stałych czasowych reakcji systemu pomiarowego, a zwłaszcza inercji układu: sonda skanująca – powierzchnia badanej próbki. Pomiary temperatury czy też przewodności cieplnej w mikroskali wykonywane są z wykorzystaniem skaningowej mikroskopii termicznej SThM (ang. Scanning Thermal Microscopy). Uzyskanie mapy właściwości termicznych próbki wymaga przeprowadzenia jej skanowania powierzchni za pomocą specjalnej sondy, która działa jak czujnik siły oraz czujnik temperatury (a w zależności od trybu pomiarowego również jako źródło ciepła). Ze względu na niewielkie rozmiary badanych struktur, stałe czasowe reakcji układu pomiarowego mogą doprowadzić do zniekształceń odwzorowania obszarów o zróżnicowanych temperaturach/ współczynnikach przewodności cieplnej, jak również uniemożliwić zmierzenie prawidłowych wartości badanych parametrów. W opracowanym rozwiązaniu zastosowano moduł dokonujący w trybie ciągłym analizy sygnałów pomiarowych i na podstawie porównań czasowych trendów zmian mierzonej temperatury lub też dostarczanego do powierzchni ciepła, sterujący prędkością skanowania powierzchni, co pozwala na jednoczesne uzyskanie wyników pomiarów z zadaną wcześniej dokładnością, jak i na skrócenie czasu pomiaru. Dzięki zastosowaniu wynalazku, system pomiarowy skaningowej mikroskopii termicznej może realizować pomiar z dynamicznie sterowaną prędkością przesuwania się sondy pomiarowej, dzięki czemu w każdym z punktów wykonywania pomiaru, czas jego trwania jest dobierany w sposób umożliwiający przeprowadzenie odwzorowania z zadaną wcześniej dokładnością. Zniwelowany w ten sposób wpływ inercji układu przestaje ograniczać dokładność odwzorowania badanej próbki.

Korzyści

Zastosowanie wynalazku umożliwia uzyskanie informacji o właściwościach termicznych powierzchni ze znacząco większą dokładnością niż w przypadku obecnie dostępnych rozwiązań. W skrajnych przypadkach, rozwiązanie zapobiega sytuacjom, w których wskutek obecności inercji układu pomiarowego, bardzo małe obiekty mogłyby zostać pominięte w procesie skanowania, co mogłoby prowadzić do powstania poważnych błędów interpretacyjnych w badaniach nad materiałem. Znaczenie tego typu danych jest bardzo duże ze względu na rosnący potencjał i zakres stosowania tzw. nanomateriałów. Należy podkreślić, że skaningowa mikroskopia termiczna jest jedynym obecnie narzędziem, które pozwala na przeprowadzenie diagnostyki właściwości cieplnych materiału w tej skali. Długofalowe konsekwencje stosowania aparatury pomiarowej o odpowiedniej czułości i rozdzielczości są niezwykle poważne dla materiałoznawstwa i korzystającego z jego potencjału przemysłu.

Potencjał komercjalizacji

Komercjalizacja opracowanego rozwiązania możliwa jest zarówno w przypadku firm produkujących i wytwarzających systemy pomiarowe wykonujące pomiary w trybie skaningowej mikroskopii termicznej, jak również innych firm (o profilu produkcji aparatury pomiarowej czy też urządzeń elektronicznych), które mogą zaoferować odpowiednie moduły rozszerzające funkcjonalność aktualnie produkowanych mikroskopów. Ponieważ tego systemy pomiarowe są wykorzystywane na całym świecie, zasięg komercjalizacyjny jest geograficznie nieograniczony.