ді:
де L 0 - довжина трубки в недеформованому стані. Абсолютне подовження пьезотрубкі одно
де h - товщина стінки пьезотрубкі, V - різниця потенціалів між внутрішнім і зовнішнім електродами. Таким чином, при одному і тому ж напрузі V подовження трубки буде тим більше, чим більше її довжина і чим менше товщина її стінки. З'єднання трьох трубок в один вузол (рис.4) дозволяє організувати прецизійні переміщення зонда мікроскопа в трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Такий скануючий елемент називається Триподи. Недоліками такого сканера є складність виготовлення і сильна асиметрія конструкції. На сьогоднішній день в скануючої зондової мікроскопії найбільш широко використовуються сканери, виготовлені на основі одного трубчастого елемента. Загальний вигляд трубчастого сканера і схема розташування електродів представлені на рис.5. Матеріал трубки має радіальний напрямок вектора поляризації.
Рис. 4. Скануючий елемент у вигляді трипода, зібраний на трубчастих п'єзоелементах.
Рис. 5. Трубчастий пьезосканер.
Внутрішній електрод зазвичай суцільний. Зовнішній електрод сканера розділений по утворюючим циліндра на чотири секції. При подачі протифазних напруг на протилежні секції зовнішнього електрода (щодо внутрішнього) відбувається скорочення ділянки трубки в тому місці, де напрямок поля збігається з напрямком поляризації, і подовження там, де вони спрямовані в протилежні сторони. Це призводить до вигину трубки у відповідному напрямку. Таким чином, здійснюється сканування в площині X, Y. Зміна потенціалу внутрішнього електрода щодо всіх зовнішніх секцій призводить до подовження або скорочення трубки по осі Z Таким чином, можна реалізувати трьохкоординатний сканер на базі однієї пьезотрубкі. Реальні скануючі елементи мають часто більш складну конструкцію, проте принципи їх роботи залишаються тими ж самими. Широке поширення отримали також сканери на основі біморфних пьзоелементов. Біморфа являє собою дві пластини пьезоелектрика, склеєні між собою таким чином, що вектора поляризації в кожній з них спрямовані в протилежні сторони (рис.6).
Рис. 6. Пристрій біморфного пьезоелемента.
Якщо подати напругу на електроди біморфа, як показано на рис.6, то одна з пластин буде розширюватися, а інша стискатися, що призведе до вигину всього елемента. У реальних конструкціях біморфних елементів створюється різниця потенціалів між внутрішнім загальним і зовнішніми електродами так, щоб в одному елементі поле збігалося з напрямком вектора поляризації, а в іншому було направлено протилежно.
Вигин біморфа під дією електричних полів покладений в основу роботи біморфних пьезосканеров. Об'єднати три біморфних елементи в одній конструкції, можна реалізувати трипод на біморфних елементах (рис.7).
Рис.7. Трьохкоординатний сканер на трьох біморфних елементах.
Рис.8. Схематичне зображення роботи біморфного пьезосканера.
Якщо зовнішні електроди біморфного елемента розділити на чотири сектори, то можна організувати рух зонда по осі Z і в площині X, Y на одному біморфного елементі (рис.8). Дійсно, подаючи протифазні напруги на протилежні пари секцій зовнішніх електродів, можна згинати біморфа так, що зонд буде рухатися в площині X, Y (рис.8 (а, б)). А змінюючи потенціал внутрішнього електрода щодо всіх секцій зовнішніх електродів, можна прогинати біморфа, переміщаючи зонд в напрямку Z (рис.8 (в, г)).
1.3 ?????? ???????? ??????????? ?? ??????? ???????????
1.3.1 ?????? ?? ????????
????? ??????????? ???????????? ????????? ?????????? ???????????? ????? ????????????? ???????, ??????? ????? ????? ??????????? ??????????? ?????? ? ?. ??????? ???????????? ??????????? ?? ????????, ??????????? ? ? ?, ???????? ??????? ????????? ? ??????????? ????????????? ???????, ??? ???????? ? ?????????? ????? ???????????? ??????? ? ?????????????? ??? ?????????? ????????????? ???, ?????????? ? ??????????? ??? ??????????? ??????????? ????????. ? ????? ?????????? ??????? ??????? ???????? ????????????? ??????? ????????????? ?? ????????? ????????????? ???????, ??????? ??????? (????? 100 ???) ???????. ??????????? ???????????? ????????? ???????? ??????????? ???????? ???????? ???????????. ? ???????????? ??????????? ??????????? ?????????? ???? ?? ?????????? ????? ????????? ????????????? ???? ?????? ???????????? ???????? ? ??? ??????????? ????????. ????????? ??? ???????? ???????? ??????????? ??????? ? ????????? 10 - 100 ???. ??? ?????? ???????? ?? ???????...
