Zur Seitenansicht

Titelaufnahme

Links
Zusammenfassung (Englisch)

The forces between surfaces determine the properties of many biological systems. This

makes them an important field of study. With an atomic force microscope (AFM) such

surface forces can be measured easily. In such measurements the AFM tip and the sample

are approached and the force on the tip is recorded. It was the objective of this work

to investigate the ubiquitous jumps of the tip towards the substrate both theoretically

and experimentally. It is known that jumps occur if the gradient of an attractive force

exceeds the spring constant of the cantilever. In this work a nucleation theory was developed

that describes the jumps on a two-dimensional liquid film on a surface. These

jumps correspond to the penetration of the tip through the liquid layer. The penetration

is thermally activated. Theory predicts that the force at which the penetration occurs

increases if the approach velocity between AFM tip and substrate increases. Parameters

of the theory are the jump rate of the tip and an activated volume. Two different systems

were investigated experimentally. A thermally activated jump was found for double

layers of two model lipids, adsorbed on mica in electrolyte solution. Contrastingly,

for the interaction between AFM tip and mica and graphite, both immersed in nalcohols

with 2 to 8 carbon atoms, a periodic force profile was found. This force leads

to a jump that is not thermally activated. Models for the structure of the alcohol molecules

on the substrates are proposed that are based on the force profile.

Zusammenfassung (Deutsch)

Mit dem Rasterkraftmikroskop (RKM) können Oberflächenkräfte experimentell

einfach gemessen werden. Bei diesen Messungen nähern sich RKM-Spitze und Probe

an, während die Kraft auf die Spitze aufgezeichnet wird. Die vorliegende Arbeit

beleuchtet die dabei häufig beobachteten Einsprünge der Spitze des

Rasterkraftmikroskops in Richtung des Substrats sowohl theoretisch als auch

experimentell. Bekannt war, daß Einsprünge auftreten, wenn der Gradient einer

attraktiven Oberflächenkraft die Federkonstante des RKM-Feder übersteigt. In dieser

Arbeit wurde eine Nukleationstheorie entwickelt, die Einsprünge von RKM-Spitzen auf

einem zweidimensionalen flüssigen Film auf einer Oberfläche beschreibt. Die

Einsprünge entsprechen einem Durchbruch der Spitze durch den Film und sind

thermisch aktiviert. Die Theorie sagt voraus, daß die Einsprungkraft mit steigender

Annäherungsgeschwindigkeit der RKM-Spitze an das Substrat zunimmt. Parameter der

Theorie sind die Anzahl der Durchstöße pro Sekunde der RKM-Spitze durch den

flüssigen Film und ein aktiviertes Volumen. Experimentell werden zwei

unterschiedliche Systeme untersucht. Ein thermisch aktivierter Einsprung wurde an

Doppelschichten aus zwei Modell-Lipiden gefunden, die in Elektrolytlösung auf

Glimmer adsorbiert sind. Für die Wechselwirkung zwischen RKM-Spitze und Glimmer

beziehungsweise Graphit in n-Alkoholen mit zwei bis acht Kohlenstoffatomen wurde

hingegen ein oszillierendes Kraftprofil nachgewiesen. Dieses Kraftprofil führt zu einem

Einsprung, der nicht thermisch aktiviert ist. Aufgrund des Kraftprofils wurden Modelle

für die Struktur der Alkoholmoleküle auf beiden Substraten entwickelt.

Statistik