Patent GE2000A0000101
BREVETTO
Titolo: Dispositivo per il controllo della temperatura dei campioni da analizzare con i microscopi a scansione di sonda.
Inventori: M. Allegrini, M.Labardi, L.Pardi, F.Francesconi.
Persona di riferimento:Prof. Maria Allegrini
Stato di primo deposito: Italia
Numero di primo deposito: GE2000A0000101
Data di primo deposito: 21/07/00
Classificazione: G01K, G12B.
G01: measuring, testing
G01K: measuring temperature; measuring quantity
of heat; thermally sensitive elements not otherwise provided for.
G12: instruments details
G12B: detalis of instruments or comparable detalis
of other apparatus not otherwise provided for.
Parole chiave:
Controllo temperatura campioni, microscopi
scansione sonda, microscopio ottico a campo prossimo, SNOM, modalità
trasmissione, microscopio a forza atomica, AFM, microscopio effetto tunnel,
STM, porta campioni, supporto, celle Peltier, flusso fluido scambiatore
calore, sensore temperatura al platino, apparecchiatura elettronica, elemento
temperatura variabile.
Riassunto
Oggetto della presente invenzione è
un dispositivo per il controllo della temperatura dei campioni, destinato
all'impiego sui microscopi a scansione di sonda, incluso lo SNOM in modalità
di trasmissione, capace di variare rapidamente la temperatura del campione
e di stabilizzarla in un intervallo compreso tra -30° C e +90°
C con una precisione del centesimo di grado Celsius; detto dispositivo
comprende essenzialmente:
- un elemento a temperatura variabile composto da
un porta campioni e dal suo supporto
- un'apparecchiatura elettronica con funzione di
termostato e di generatore di corrente
- un serbatoio d'accumulo ed uno di raccolta contenenti
un fluido scambiatore di calore atto a generare un flusso laminare di fluido
all'interno della camera circolare dell'elemento a temperatura variabile.
Il porta campioni è un piccolo cilindro
forato al centro realizzato in materiale ad elevata conducibilità
termica (alluminio); il foro centrale è finalizzato a consentire
il passaggio della luce attraverso il dispositivo e, inoltre, la sua geometria
consente l'uso di ottiche di raccolta con una distanza di lavoro maggiore
o uguale a 6 mm.
Il supporto del porta campioni consiste in
una seconda parte cilindrica che presenta due cavità; la prima,
esterna, alloggia il porta campioni in contatto termico con alcune celle
Peltier, mentre, la seconda, è una camera completamente chiusa destinata
ad accogliere il flusso del fluido scambiatore di calore sopraccitato.
Il flusso è forzato dalla gravità tramite detti serbatoi
di accumulo e di raccolta, collegati al dispositivo da due piccoli tubi
flessibili ed è necessario per minimizzare il gradiente termico
tra dispositivo e microscopio su cui poggia nonchè per aumentare
l'efficienza delle celle Peltier; queste ultime hanno lo scopo di variare
la temperatura della faccia superiore del cilindro che sostiene il porta
campioni, mentre il fluido deve scambiare calore con la base inferiore
del cilindro in contatto col microscopio esternamente e con le celle Peltier
internamente. All'apparecchiatura elettronica sopraccitata, avente funzione
di termostato e di generatore di corrente, è collegato un sensore
di temperatura (preferibilmente un termostato al platino) finalizzato a
misurare la temperatura superficiale del dispositivo.
Usi ed applicazioni: Controllo della temperatura dei campioni da analizzare con i microscopi a scansione di sonda, in particolare col microscopio ottico a campo prossimo SNOM, col microscopio a forza atomica AFM e col microscopio ad effetto tunnel STM specialmente in esperimenti finalizzati allo studio dei punti critici e delle transizioni di fase.
Vantaggi:
- Possibilità di variare la temperatura del
campione in modo accurato e riproducibile e di stabilizzarla in un intervallo
compreso tra -30 gradi Celsius e +90 gradi Celsius con una precisione del
centesimo di grado Celsius.
- Possibilità di utilizzare ottiche di raccolta
con una distanza di lavoro maggiore od uguale a 6 mm.
- Gradiente termico tra superficie del dispositivo
riscaldante appoggiata al microscopio e microscopio tale da non pregiudicare
il corretto funzionamento dell'apparato sperimentale.
- Possibilità di analizzare campioni idrati
o volatili come cristalli proteici e sostanza biologiche in genere per
i quali è necessario un uso in aria (gli usuali dispositivi commerciali
lavorano in condizioni di alto vuoto od in atmosfera di elio a bassa pressione)
e vicino alla temperatura ambiente variando rapidamente ed accuratamente
la temperatura del campione analizzato (primo punto) scambiando la minore
quantità di calore possibile con il microscopio per non indurre
dilatazioni termiche dannose per il corretto funzionamento.
-Possibilità d'impiego con microscopi SNOM,
qualora utilizzati in modalità di trasmissione, in quanto non viene
ostacolato il cammino della luce che dalla sonda deve raggiungere il rilevatore
ad essa opposto, passando attraverso il campione stesso, come avviene nei
dispositivi oggetto della tecnica nota.