html текст
All interests
  • All interests
  • Design
  • Food
  • Gadgets
  • Humor
  • News
  • Photo
  • Travel
  • Video
Click to see the next recommended page
Like it
Don't like
Add to Favorites

Пленка на предметном стекле позволила оптическому микроскопу измерить температуру образца


H. Zhao et al./ Nature Communications, 2018

Американские физики разработали метод построения тепловых карт образцов, которые исследуются с помощью оптического микроскопа с микрометровым разрешением. Для этого не нужно никак менять оптическую схему прибора, необходимо лишь нанести на поверхность предметного стекла трехслойную пленку нанометровой толщины. В результате при колебаниях температуры будет меняться доля отраженного света, пишут ученые в Nature Communications.

Современные методы оптической микроскопии позволяют получать изображения с очень высоким пространственным разрешением, которое в некоторых модификациях может даже преодолевать дифракционный предел. Однако практически всегда функции оптического микроскопа (в отличие от электронного или атомно-силового) ограничиваются исключительно получением изображения и никакой дополнительной информации о физических свойствах свойствах образцов определить с помощью него не удается. В том числе практически нет надежных методов для точного измерения температуры и построения тепловых карт исследуемых биологических или химических объектов, что нередко бывает одним из ключевых параметров, влияющих на их поведение и свойства.

Как правило, для таких измерений предлагают использовать системы термопар, пространственное разрешение которых не превышает нескольких миллиметров, что для очень мало микроскопии. Более точными методами могли бы стать спектроскопические подходы, основанные на использовании излучения в терагерцовом или инфракрасном диапазоне, однако их возможности сильно ограничены из-за того, что нужный сигнал искажается на элементах оптической системы микроскопа и поверхностях предметного и покровного стекол и взаимодействует с излучением в видимой части спектра.

Американские ученые под руководством Ляна Фэна (Liang Feng) из Пенсильванского университета предложили для измерения температуры модифицировать предметное стекло. Для это ученые использовали специальную прозрачную трехслойную пленку, основу которой составлял слой полиметилметакрилата, зажатый между двумя прозрачными слоями золота нанометровой толщины. При облучении этой пленки светом определенной длины волны в спектре собственных значений комплексной части диэлектрической проницаемости возникает набор точек сингулярности — неэрмитовых «особых точек» (exceptional points), — положение и свойства которых очень чувствительны к небольшим изменениям температуры. В эксперименте эти изменения можно измерить по доле отраженного света, которая понижается при отклонении от начального резонансного состояния.

Внешний вид микроскопа (слева), схематическое изображение используемой пленки (справа сверху) и внешний вид покрытого пленкой предметного стекла, прозрачного для видимого света (справа снизу)

H. Zhao et al./ Nature Communications, 2018

В экспериментальной схеме, предложенной авторами работы, в качестве источника излучения использовался стандартный гелий-неоновый лазер с длиной волны 633 нанометра. При этом физики отмечают, что возникновение особых точек в спектре — резонансное явление, и поиск нужного состояния осуществляется для каждой длины волны с помощью подбора толщины двух слоев золота в покрытии (в данном случае она составила 20 нанометров).

Проверку методики ученые провели с помощью массива из девяти нагревательных элементов, которые были расположены по узлам квадратной решетки и работали за счет поглощения электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне. При поглощении излучения в такой системе происходит нагрев полимерной пленки на предметном стекле, что сразу же можно зафиксировать по изменению спектров отраженного света. А варьируя мощность нагревающего лазера, можно было менять температуру от комнатной до 43 градусов. По данным измерений удалось вычислить чувствительность метода, которая составила около 0,017 обратного градуса Цельсия — это примерно в 10 раз выше, чем у других известных методов.

Температурная карта, образца нагретого с помощью массива из 9 нагревателей при различной мощности излучения (слева направо: 100, 300 и 500 ватт на квадратный сантиметр). Карты получены на основе данных о доле отраженного света. Масштабная линейка — 50 микрометров

H. Zhao et al./ Nature Communications, 2018

Пространственное разрешение предложенного метода достигает нескольких микрометров, что также значительно выше, чем при использовании альтернативных методов. Чтобы показать, что подобные измерения можно проводить в реальном времени, ученые провели дополнительный эксперимент, в котором на поверхность предметного стекла нанесли дополнительный слой из полидиметилсилоксана, с небольшим резервуаром для воды. Помещенную в резервуар воду постепенно нагревали до 43 градусов, а по спектру отражения за изменением температуры удалось проследить непосредственно в процессе нагревания.

Авторы работы отмечают, что основные преимущества предложенного ими метода — это его простота и дешевизна. Для проведения точных измерений температуры нужно только нанести специальную пленку на предметные стекла, а изменять каким-то образом оптическую схему самого микроскопа не требуется. При этом подобная модификация приведет к увеличению цену одно предметного стекла всего на несколько центов. По словам ученых аналогичный подход может быть использован не только для измерения температуры, но и, например, для определения механических свойств образцов.

Построение температурных карт с помощью электромагнитного излучения предлагают использовать не только в оптической микроскопии, но и в более сложных электронных микроскопах. Например, американские физики предложили использовать для измерения температуры в наноматериалах спектры энергетических потерь электронов, эта методика дает возможность определять температуру до 1300 градусов без необходимости калибровки. Похожий подход другая группа ученых использовала для определения температуры и коэффициента теплопроводности двумерных кристаллов с пространственным разрешением до 2 нанометров.

Александр Дубов

Читать дальше
Twitter
Одноклассники
Мой Мир

материал с nplus1.ru

1

      Add

      You can create thematic collections and keep, for instance, all recipes in one place so you will never lose them.

      No images found
      Previous Next 0 / 0
      500
      • Advertisement
      • Animals
      • Architecture
      • Art
      • Auto
      • Aviation
      • Books
      • Cartoons
      • Celebrities
      • Children
      • Culture
      • Design
      • Economics
      • Education
      • Entertainment
      • Fashion
      • Fitness
      • Food
      • Gadgets
      • Games
      • Health
      • History
      • Hobby
      • Humor
      • Interior
      • Moto
      • Movies
      • Music
      • Nature
      • News
      • Photo
      • Pictures
      • Politics
      • Psychology
      • Science
      • Society
      • Sport
      • Technology
      • Travel
      • Video
      • Weapons
      • Web
      • Work
        Submit
        Valid formats are JPG, PNG, GIF.
        Not more than 5 Мb, please.
        30
        surfingbird.ru/site/
        RSS format guidelines
        500
        • Advertisement
        • Animals
        • Architecture
        • Art
        • Auto
        • Aviation
        • Books
        • Cartoons
        • Celebrities
        • Children
        • Culture
        • Design
        • Economics
        • Education
        • Entertainment
        • Fashion
        • Fitness
        • Food
        • Gadgets
        • Games
        • Health
        • History
        • Hobby
        • Humor
        • Interior
        • Moto
        • Movies
        • Music
        • Nature
        • News
        • Photo
        • Pictures
        • Politics
        • Psychology
        • Science
        • Society
        • Sport
        • Technology
        • Travel
        • Video
        • Weapons
        • Web
        • Work

          Submit

          Thank you! Wait for moderation.

          Тебе это не нравится?

          You can block the domain, tag, user or channel, and we'll stop recommend it to you. You can always unblock them in your settings.

          • nplus1.ru
          • физика
          • ученые
          • университет
          • эксперименты
          • домен nplus1.ru

          Get a link

          Спасибо, твоя жалоба принята.

          Log on to Surfingbird

          Recover
          Sign up

          or

          Welcome to Surfingbird.com!

          You'll find thousands of interesting pages, photos, and videos inside.
          Join!

          • Personal
            recommendations

          • Stash
            interesting and useful stuff

          • Anywhere,
            anytime

          Do we already know you? Login or restore the password.

          Close

          Add to collection

             

            Facebook

            Ваш профиль на рассмотрении, обновите страницу через несколько секунд

            Facebook

            К сожалению, вы не попадаете под условия акции