Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Реальная база готовых
студенческих работ

Узнайте стоимость индивидуальной работы!

Вы нашли то, что искали?

Вы нашли то, что искали?

Да, спасибо!

0%

Нет, пока не нашел

0%

Узнайте стоимость индивидуальной работы

это быстро и бесплатно

Получите скидку

Оформите заказ сейчас и получите скидку 100 руб.!


Scanning tunneling microscopy: a natural for electrochemistry

Тип Реферат
Предмет Химия
Просмотров
2051
Размер файла
16 б
Поделиться

Ознакомительный фрагмент работы:

Scanning tunneling microscopy: a natural for electrochemistry

I. Introduction

In a few years since the pioneering work of G. Binnig and H. Rohrer, the scanning tunneling microscope (STM) has evolved into a powerful analytical instrument. STMs operating in vacuum have yielded useful detailed information on conductor and semiconductor surface reconstructions and even molecular and atomic adsorbates.

It is clear now that STMs can operate not only in vacuum, but also with the samples covered with electrolytes. Electrolytes, though ionic conductors, are insulators as far as electron flow is concerned. In means, that electron tunneling can also occur in electrolytes.

The basic principles of scanning tunneling microscopy are simple. A very sharp tip, mounted on a piezoelectric 3-dimensional XYZ scanner, is positioned close enough to the surface of a sample for an electron tunneling current to flow between the tip and the surface. The tunneling current is the function of the gap between the tip and the surface. The whole system is controlled with a special computer program. As the tip scans over the surface, applying voltage to the XY parts of the scanner, it traces the contours as small as a fraction of an atomic diameter. The feedback system applies voltage pulses to the Z part to keep the tunneling current constant. Thus, one scan of STM is just a plot of the voltage the feedback system applies to the Z part versus the voltage the scanning system applies to the x part.

II. Theory

STM is capable of giving images that appear to be simply topographs of surfaces.

This view is adequate in many cases, especially when the variations of Z height are large compared to the so called “characteristic height” which is the height of electronic “atmospheres” surrounding the tip and the sample. The key to the high resolution provided by STM is the rapid change of the tunneling current with distance between the tip and the surface. According to it, if the feedback system keeps the tunneling current constant within 10%, the distance remains constant to

within a fraction of an atomic diameter.

III. Instrumentation

There has been a tendency to simplification of STMs since the time of their initial development.

Nowdays an average STM does not require a high vacuum conditions and cryogenic operational temperatures. There is a number of commercial STM manufacturers, and a commercial STM is considered to be more convenient than the home-built one.

Two points are vital for successful application of an STM for research, and one should pay attention to them before purchasing or designing a microscope. The first one is vibration isolation. It is impossible to achieve atomic resolution images of good quality, if no vibration

protection is provided. There is a wide variety of vibration isolation platforms available, but none of them looks as good as a piece of concrete suspended by rubber cords. The second point is STM’s ability to aquire images rapidly. An STM that can not aquire an entire image in less than 10 seconds can be useful for ultra-high-vacuum applications only, not for electrochemistry.

The reason are thermal drifts caused by various reasons.

IV. Tips

The ideal tip for use in solutions would have its entire surface insulated except for the terminal atom of the tunneling probe. It is known that a voltage applied between any two electrodes in solution drives electrochemical process at the electrode surface and result in a current whose amplitude depends on the solution, the electrode surfaces, and the applied voltage. For a given set of these three parameters, the total current can be minimized by minimizing the uninsulated surface of the tip. In principle, only the last atom of the tip needs to be conductive for tunneling, the rest of the exposed tip only serves to increase the unwanted faradaic currents. Tip isolation can be done with glass and, furthermore, with SiO2. Still, islolation reduces the intrusiveness of the probe on the surfaces themselves, so the isolating layer should be as thin as possible.

V. Results

Scans acquired during the process of electroplating of graphite with Au demonstrated that a graphite surface can be imaged under a commercial gold plating solution, then plated, and then imaged again without removing it from the plating solution.

The special feature of the experimental technique that was used was that the tip itself was not an electrode. It was placed in a tube-type electrode and isolated from the latter. During the process of plating the tip was removed into the tube, so that it couldn’t influence the process. The STM used in in the experiment allowed to immerse both the sample and the tip 2 mm below the surface of the plating solution. It was found that the piezo electrodes develop a surface conductivity due to the humidity above the solution which can be great enough to allow coupling of substantial currents from the piezo electrodes to the tunneling tip. One of the possible solutions of this problem is use of the sealed sample cells.

Ag deposition on graphite was carried out in several steps, in attempt to see the initial phase of deposition. The relatively narrow field of view of the STM used didn’t allow to do so, and the backward consequence of operations was undertaken. The silver was removed from the surface of graphite electrochemically in a series of oxidizing voltage pulses, and finally the image of an isolated Ag island was achieved. Still, the mechanism of the Ag deposition is not clear yet, since it is unknown, if it follows either island or layer plus island model. It was also showed that atomic resolution is not the function of the tip alone, but also of the sample.

In contrast to the study on graphite, a similar study on Au (111) surface did reveal the initial stages of electroplating. So, this study proved that STM can be applied to the studies of plating on a metal surfaces in situ.

Experiments that were carried out with DNA also were successful, and the ability of STM to provide images of thin insulating materials as DNA have important applications for both chemistry and biology.

Multiple research have been done with different types of materials. So, Itaya and Sugawara observed electrodeposition of Pt on graphite; Itaya et al. imaged Pt electrode in sulfuric acid solution; Morita et al. observed the topography of Au, Ag and Pt foils in water and aqueous solutions of potassium chlorate and sodium perchlorate. Drake et al. managed to image the corrosion of iron.

VI. Local surface modification

A very useful application of STM is the use of the STM tip to directly modify surfaces on the atomic and nanometer scale. A number of research groups performed experiments in this field. The Basel group fabricated nanometer-scale structures by local melting of glassy metal substrates. DeLozanne used STM tip as a microelectrode to induce localized organometallic vapor phase deposition of cadmium. Jaklevic and Elie produced nanometer depressions by touching a gold single crystal with tip and observed their subsequent diffusion. Clarke’s group intended gold single crystals by tip touching and made hillocks by briefly increasing the tunneling current to 1 mA.

Authors found that if a critical voltage of 2.8 V is applied to the tip, a 10-nm diameter and 2-nm deep depression is created in the gold surface that is immersed into fluorocarbon grease (the nonpolar grease seems to be important to this process). Operations in air, water and aqueous solutions weren’t successful at the voltage biases higher than 2 V due to the disruption of the sample surface.

One of the problems is that any modifications done to the surfaces in air do not last for long. Normally it takes about one day from thermal drifts and other effects to destroy them. Luckily, Foster and Frommer showed that the same modifications can be done to graphite surface as well, and if the precise voltage pulses are used, the modifications can be saved for much longer. This effect can lead in future to the new type of high-density data storage.

Bard et al. have demonstrated another technique for local surface modifications with an STM: the tunneling tip can be used to drive local photoelectrochemistry, resulting in the straight line or L-shaped line (see examples) that mirror the path taken by the tip with applied voltage.

VII. Summary

As it can be seen from this paper, STM can be extremely useful in electrochemical studies. It is capable of providing atomic resolution images of samples in water and many aqueous solutions. It is also capable of local surface modification by a variety of methods including local electrochemistry driven by the tunneling tip.


Нет нужной работы в каталоге?

Сделайте индивидуальный заказ на нашем сервисе. Там эксперты помогают с учебой без посредников Разместите задание – сайт бесплатно отправит его исполнителя, и они предложат цены.

Цены ниже, чем в агентствах и у конкурентов

Вы работаете с экспертами напрямую. Поэтому стоимость работ приятно вас удивит

Бесплатные доработки и консультации

Исполнитель внесет нужные правки в работу по вашему требованию без доплат. Корректировки в максимально короткие сроки

Гарантируем возврат

Если работа вас не устроит – мы вернем 100% суммы заказа

Техподдержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры всегда на связи и оперативно решат любую проблему

Строгий отбор экспертов

К работе допускаются только проверенные специалисты с высшим образованием. Проверяем диплом на оценки «хорошо» и «отлично»

1 000 +
Новых работ ежедневно
computer

Требуются доработки?
Они включены в стоимость работы

Работы выполняют эксперты в своём деле. Они ценят свою репутацию, поэтому результат выполненной работы гарантирован

avatar
Математика
История
Экономика
icon
159599
рейтинг
icon
3275
работ сдано
icon
1404
отзывов
avatar
Математика
Физика
История
icon
156450
рейтинг
icon
6068
работ сдано
icon
2737
отзывов
avatar
Химия
Экономика
Биология
icon
105734
рейтинг
icon
2110
работ сдано
icon
1318
отзывов
avatar
Высшая математика
Информатика
Геодезия
icon
62710
рейтинг
icon
1046
работ сдано
icon
598
отзывов
Отзывы студентов о нашей работе
63 457 оценок star star star star star
среднее 4.9 из 5
Филиал государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования Московской област
Спасибо Елизавете за оперативность. Так как это было важно для нас! Замечаний особых не бы...
star star star star star
РУТ
Огромное спасибо за уважительное отношение к заказчикам, быстроту и качество работы
star star star star star
ТГПУ
спасибо за помощь, работа сделана в срок и без замечаний, в полном объеме!
star star star star star

Последние размещённые задания

Ежедневно эксперты готовы работать над 1000 заданиями. Контролируйте процесс написания работы в режиме онлайн

решить 6 практических

Решение задач, Спортивные сооружения

Срок сдачи к 17 дек.

только что

Задание в microsoft project

Лабораторная, Программирование

Срок сдачи к 14 дек.

только что

Решить две задачи №13 и №23

Решение задач, Теоретические основы электротехники

Срок сдачи к 15 дек.

только что

Решить 4задачи

Решение задач, Прикладная механика

Срок сдачи к 31 дек.

только что

Выполнить 2 задачи

Контрольная, Конституционное право

Срок сдачи к 12 дек.

2 минуты назад

6 заданий

Контрольная, Ветеринарная вирусология и иммунология

Срок сдачи к 6 дек.

4 минуты назад

Требуется разобрать ст. 135 Налогового кодекса по составу напогового...

Решение задач, Налоговое право

Срок сдачи к 5 дек.

4 минуты назад

ТЭД, теории кислот и оснований

Решение задач, Химия

Срок сдачи к 5 дек.

5 минут назад

Решить задание в эксель

Решение задач, Эконометрика

Срок сдачи к 6 дек.

5 минут назад

Нужно проходить тесты на сайте

Тест дистанционно, Детская психология

Срок сдачи к 31 янв.

6 минут назад

Решить 7 лабораторных

Решение задач, визуализация данных в экономике

Срок сдачи к 6 дек.

7 минут назад

Вариационные ряды

Другое, Статистика

Срок сдачи к 9 дек.

8 минут назад

Школьный кабинет химии и его роль в химико-образовательном процессе

Курсовая, Методика преподавания химии

Срок сдачи к 26 дек.

8 минут назад

Вариант 9

Решение задач, Теоретическая механика

Срок сдачи к 7 дек.

8 минут назад

9 задач по тех меху ,к 16:20

Решение задач, Техническая механика

Срок сдачи к 5 дек.

9 минут назад
9 минут назад
10 минут назад
planes planes
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

Размещенные на сайт контрольные, курсовые и иные категории работ (далее — Работы) и их содержимое предназначены исключительно для ознакомления, без целей коммерческого использования. Все права в отношении Работ и их содержимого принадлежат их законным правообладателям. Любое их использование возможно лишь с согласия законных правообладателей. Администрация сайта не несет ответственности за возможный вред и/или убытки, возникшие в связи с использованием Работ и их содержимого.

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами

Используя «Свежую базу РГСР», вы принимаете пользовательское соглашение
и политику обработки персональных данных
Сайт работает по московскому времени:

Вход
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно