Wpływ rozdzielczości skanowania mikroskopu AFM na wyznaczone wartości geometryczne, fraktalne i statystyczne

• Autorzy: Bramowicz Mirosław , Kulesza Sławomir , Szabracki Paweł , Lipiński Tomasz

Warianty tytułu

EN

The effect of scanning resolution on geometrical, fractal and statistical properties of AFM images

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki analizy wpływu rozdzielczości skanowania mikroskopu AFM na parametry geometryczne, charakterystyczne dla badanej wzorcowej powierzchni, oraz parametry statystyczne i fraktalne. W pracy opisano serię pomiarów topografii wzorca TGT1 (NT-MDT) przy różnej rozdzielczości skanowania w kontaktowym trybie pracy mikroskopu AFM. Wartości parametrów statystycznych: Sa, Sq, Sy, wyznaczone dla różnych rozdzielczości skanowania zgodnie z normą ISO 25178-6, porównano ze sobą oraz zestawiono z parametrami fraktalnymi: długością korelacji (rc), wymiarem fraktalnym (D) oraz topotezą powierzchni (K). Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że w przypadku okresowego ukształtowania powierzchni krok pomiarowy (w analizowanym zakresie) nie wywiera istotnego wpływu na wartości parametrów geometrycznych, statystycznych oraz ocenę anizotropii powierzchni. Jego wartość, jak i gęstość skanowania są istotne w analizie fraktalnej przeprowadzanej metodą funkcji struktury S(t). Wynika to ze wzrastającej wraz z rozdzielczością liczby punktów mieszczących się w liniowym zakresie krzywej S(t) wyznaczającym obszar samopodobieństwa badanej powierzchni.

EN

The effect of the scanning resolution on the geometrical, statistical and fractal parameters extracted from the AFM images of the reference sample of a well-known shape is analyzed in the paper. A series of measurements was carried out in the contact mode on the TGT1 calibration grating supplied by NT-MDT. The statistical parameters Sa, Sq, Sy were estimated (according to norm ISO 25178-6) and compared to the images with different scan resolution, and then the numerical procedure was applied to extract fractal parameters such as: the correlation length (rc), fractal dimension (D) and topothesy (K) from the AFM images of different lateral resolution. The obtained results suggest that for isotropic surfaces neither geometrical features, statistical features nor the anisotropy ratio is significantly affected by the scan step. On the other hand, the scan step and the scan resolution are important when the images are analyzed on the grounds of fractal geometry using the structure function S(t). This is mainly due to the fact that with an increasing scan resolution, the number of points in the linear range of the structure function increases as well, and only within this range does the surface reveal self-affine properties.

Słowa kluczowe

PL

mikroskopia (AFM); parametry geometryczne; statystyczne i fraktalne powierzchni

EN

AFM microscopy; geometrical parameters; statistical and fractal properties of the surface

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 1
• Strony: 50--55
• Opis fizyczny: Bibliogr. 5 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bramowicz Mirosław

• Katedra Technologii Materiałów i Maszyn, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

autor

Kulesza Sławomir

• Katedra Fizyki Relatywistycznej, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

autor

Szabracki Paweł

• Katedra Technologii Materiałów i Maszyn, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

autor

Lipiński Tomasz

• Katedra Technologii Materiałów i Maszyn, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Bibliografia

• [1] Bramowicz M.: Zastosowanie mikroskopii sił atomowych (AFM) w ocenie stopnia anizotropii mikrostruktury. Inżynieria Materiałowa 4 (2009) 23 5÷238.
• [2] Mainsah E., Greenwood J. A., Chetwynd D. G.: Metrology and Properties of Engineering Surfaces. Kluwer Academic Publishers (2001).
• [3] Miedziński R.: Etude des effets optiques photo-induits dans les métallo- composites et analyse de leurs caractéristiques surfaciques par micros- copie à force atomique. PhD Thesis, Université de Reims Champagne- Ardenne, Université J. Dlugosz de Czestochowa (2009).
• [4] Bramowicz M.: Analiza fraktalna mikrostruktury martenzytycznej. Inżynieria Materiałowa 5 (177) (2010) 1328÷1331.
• [5] PN-EN ISO 25178-612011: Specyfikacje geometrii wyrobów (GPS). Struktura geometryczna powierzchni: przestrzenna.