- عنوان کتاب: Atomic Force Microscopy -A Concise Introduction
- نویسنده: Nancy A Burnham
- حوزه: نیروی اتمی
- سال انتشار: 2026
- تعداد صفحه: 216
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 2.83 مگابایت
این کتاب درسی از دورههای میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) در موسسه پلیتکنیک ووستر (WPI) سرچشمه گرفته است؛ اولین ارائه این دوره در سال ۲۰۰۱ بود. این دوره که دانشجویان سال دوم کارشناسی علوم و مهندسی را هدف قرار داده بود، زبانآموزان را از دانشجویان سال اول گرفته تا متخصصان بازنشسته جذب کرد. واضح بود که سطح مهارت چنین طیف وسیعی از افراد بسیار متفاوت است و همین امر انگیزهای برای تقسیم بعدی این دوره به نسخههای کارشناسی و کارشناسی ارشد شد. نسخه کارشناسی، PH 2510، طی هفت هفته تدریس میشود که مطابق با یکی از ترمهای کارشناسی WPI است. نسخه کارشناسی، PH 561، طی یک ترم چهارده هفتهای تدریس میشود که دانشجویان کارشناسی ارشد راحتتر میتوانند با سایر مسئولیتهای خود کنار بیایند. از سال ۲۰۱۵، تدریس مطالب را به دانشجویان کارشناسی ارشد علوم مواد در ETH زوریخ سپردم. این دوره بلوکی در خارج از ترم در قالب دو هفتهای، تمام روز و هر روز برگزار میشود. در حالی که محتوای اساسی مربوط به AFM برای هر سه دوره یکسان است، سطح نوشتار و پروژههای مورد انتظار را تغییر میدهم. برای دورههای طولانیتر در WPI، من شش گزارش رسمی آزمایشگاه ابزار دقیق را الزامی میدانم، با این هدف که دانشجویان را برای ارتباطات علمی در سطح پیشنویس یک دستنوشته برای ارسال به Applied Physics Letters آماده کنم. از آنجا که نسخه کارشناسی این دوره در مقایسه با نسخه کارشناسی ارشد، محدودیت زمانی دارد، جایی در برنامه درسی برای یک پروژه آزمایشگاهی وجود ندارد. در عوض، از دانشجویان کارشناسی خواسته میشود که در مورد دو مقاله مرتبط از ادبیات AFM سخنرانیهای کوتاهی ارائه دهند. از سوی دیگر، دانشجویان کارشناسی ارشد چند هفته فرصت دارند تا یک پروژه آزمایشگاهی در مورد موضوع مورد علاقه خود انجام دهند. برای دوره بلوکی دو هفتهای در ETH زوریخ، تأکید بر نوشتن کنار گذاشته میشود، با این حال دو جلسه آزمایشگاهی سه ساعته برای یک پروژه “نانو” برنامهریزی شده است که صبح روز آخر به ارائه دانشجویان اختصاص داده شده است. من ترجیح دادم به جای مباحث زیاد در سطح کارشناسی ارشد یا بالاتر، مباحث کمتری را در سطح بنیادی پوشش دهم: روشهای عملیاتی AFM بسیار بسیار زیاد و ادبیات بسیار بسیار گستردهای وجود دارد که من آنها را حذف میکنم تا بتوانم در حدود دویست صفحه – به طور مختصر اما جامع – بر اصول اولیه AFM تمرکز کنم. هدف، آموزش افراد کنجکاو برای استفادهی شایسته از AFM و فراهم کردن پایهای محکم برای مطالعات بیشتر برای آنها است، چه دانشجویان یک دوره باشند و چه زبانآموزان مستقل. اگرچه شاید قبلاً دوازده کتاب در مورد AFM منتشر شده باشد، اما تا آنجا که من میدانم، این اولین کتاب درسی در مورد AFM است که اهداف یادگیری، پیشنهاداتی برای مطالعهی بیشتر و مسائلی در انتهای هر فصل دارد. فهرست منابع کوتاه است تا خواننده را سردرگم نکند. منابع پیشنهادی برای مطالعه در یکی از سه دسته قرار میگیرند: انتشارات تاریخی تأثیرگذار یا مصور، آثار به سبک آموزشی یا کتابهای «داستان کامل». من همچنین چند مورد از مقالات مرتبط خودم را نیز در این کتاب گنجاندهام؛ فهرست کامل در Google Scholar و Orcid.org موجود است. (مورد دوم کمتر بهروزرسانی میشود.) پیوستها اهداف یادگیری گردآوریشده (پیوست A)، توصیههایی برای انجام آزمایشها (پیوست B)، شرحی از مکمل الکترونیکی که به صورت رایگان در دسترس خوانندگان علاقهمند قرار دارد (پیوست C) و فهرستهایی از کلمات اختصاری و نمادها (پیوستهای D و E) را ارائه میدهند. پس از این موارد، پاسخ مسائل پایان فصل آمده است که باید برای زبانآموزان مستقل مفید باشد. بخش پایانی یک فهرست است. در متن، ارتباط مطالب تکمیلی را از کانال یوتیوب/AtomicForceMicro یا از طریق جملات مستقل کادربندی شده یا هایلایت شده، ذکر کردهام. پیشزمینه فرض شده برای این کتاب درسی، فیزیک سال اول و حساب دیفرانسیل و انتگرال است، به جز فصل آخر در مورد نوسانسازها که برای آن درک معادلات دیفرانسیل و اعداد مختلط مورد نیاز است. مقداری فیزیک مقدماتی و علم مواد در فصل ۵ گنجانده شده است. دیدگاه، دیدگاه یک فیزیکدان است – خوانندگان ممکن است متوجه برخی درسهای فیزیک ظریف و نه چندان ظریف شوند! هدف این است که اطمینان حاصل شود که هم دانشجویان و هم زبانآموزان مستقل برای تحقیقات خود، چه پایاننامههای ارشد، چه تحصیلات تکمیلی یا کار حرفهای، به خوبی آماده هستند. در WPI، دانشجویانی که رشته تحصیلیشان علوم (فیزیک، فیزیک کاربردی، ریاضیات، علوم کامپیوتر، علوم محیطی) و مهندسی (زیستپزشکی، شیمی، برق) است، و همچنین دانشجویانی که رشتههای فرعیشان فیزیک، مهندسی مواد و علوم نانو است، همگی در این دوره موفق بودهاند. در ETH زوریخ، گروه غالب ثبتنامکنندگان، دانشجویان کارشناسی ارشد علوم مواد و همچنین تعداد کمی از دانشجویان دکترا در رشتههای مواد، شیمی و مهندسی عمران بودهاند. این کتاب درسی در دو بخش سازماندهی شده است. بخش اول، مبانی AFM را پوشش میدهد: مقدمهای بر اصول AFM، چالشهای تصویربرداری، مروری بر ابزارهای مرتبط و حالتهای رایجتر عملکرد AFM و طراحی و کالیبراسیون AFM. بخش دوم بر روشی از اکتساب داده تمرکز دارد که نیاز به تفسیر بر اساس فیزیک مواد دارد، یعنی اکتساب منحنی نیرو و زیرمجموعههای آن.
This textbook originated in courses on Atomic Force Microscopy (AFM) atWorcester Polytechnic Institute (WPI); the first rendition of the course was in 2001. Targeted towards second-year undergraduates in science and engineering, it attracted learners from first-year students to retired professionals. It was clear that the skill levels of such a wide range of people varied widely, motivating the course’s subsequent split into undergraduate and graduate versions. The undergraduate version, PH 2510, is taught over seven weeks, corresponding to one of WPI’s undergraduate terms. The graduate version, PH 561, is taught over a fourteen-week semester, which graduate students find easier to accommodate their other responsibilities. Starting in 2015, I led the teaching of the material to predominantly graduate students in Materials Science at ETH Zurich. This block course runs outside of the semester in a two-week, all-day, every-day format. While the fundamental AFM-related content is the same for all three courses, I vary the level of writing and projects expected. For the longer courses at WPI, I require six formal instrument lab reports, with the aim to prepare students for scientific communication at the level of a draft of a manuscript for submission to Applied Physics Letters. Because the undergraduate version of the course is timerestricted compared to the graduate version, there is no room in the syllabus for a laboratory-based project. Instead, undergraduates are asked to give short talks on two related papers from the AFM literature. The graduate students, on the other hand, have a few weeks to conduct a lab project on a topic of interest to them. For the two-week block course at ETH Zurich, the emphasis on writing is put aside, yet two three-hour lab sessions are scheduled for a “nano” project, with the morning of the last day devoted to student presentations. I chose to cover fewer topics at a fundamental level, rather than many topics at a graduate or higher level: there are many, many AFM modes of operation and a vast, vast literature that I omit so as to concentrate on the basics of AFM within about two hundred pages—concisely yet comprehensively. The intent is to educate the curious to competently use AFM and provide them a firm foundation for further study, be they students in a course or independent learners. Although perhaps a dozen books on AFM have been previously published, to my knowledge, this is the first textbook on AFM, with learning objectives, suggestions for further reading, and problems at the end of each chapter. The reading lists are short, so as to not overwhelm the reader. The suggested readings fall into one of three categories: influential or illustrative historical publications, tutorial-style works, or “full-story” books. I also include a few of my own relevant contributions; the full list is at Google Scholar and Orcid.org. (The latter is less frequently updated.) The appendices provide compiled learning objectives (Appendix A), advice for conducting experiments (Appendix B), a description of the electronic supplement available free to interested readers (Appendix C), and lists of acronyms and symbols (Appendices D and E). These are followed by the answers to the end-of-chapter problems, which should be helpful to independent learners. The final section is an index. Within the text, I note the relevance of complementary material from my YouTube/AtomicForceMicro channel or from the supplement by means of boxed or highlighted stand-alone sentences. The background assumed for this textbook is first-year physics and calculus, except for the last chapter on oscillators, for which an understanding of differential equations and complex numbers is needed. Some introductory physics and materials science is incorporated within Chap. 5. The perspective is that of a physicist—readers might notice some subtle and not-so-subtle physics lessons! The goal is to ensure that both students and independent learners are well prepared for their research, be it senior capstones, graduate studies, or professional work. At WPI, students with majors in the sciences (physics, applied physics, mathematics, computer science, environmental science) and engineering (biomedical, chemical, electrical), have all prospered in the course, as well as those with minors in physics, materials engineering, and nanoscience. At ETH Zurich, the predominant group of enrollees has been Masters students in materials science, as well as a smattering of PhD students in materials, chemistry, and civil engineering. This textbook is organized into two parts. The first part covers fundamentals of AFM: an introduction to AFM principles, the challenges of imaging, an overview of related instruments, and the more common AFM modes of operation, and AFM design and calibration. The second part concentrates on a mode of data acquisition that requires interpretation based on materials physics, that of force-curve acquisition and its subsequent analysis. Along the way, some basics of physics and materials science are explained, as well as different kinds of intermolecular and contact forces that can act between the AFM tip and sample. Finally, in the last chapter intended for intermediate-level or higher science and engineering students, models for cantilever oscillation are presented. I hope this textbook will elevate readers’ AFM skills and open the door to fascinating future studies of the nanoscale.
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: Atomic Force Microscopy





نظرات کاربران