درس الكيمياء: كيفية كشف الكريستال رقاقة للتصوير الفوتوغرافي

مقدمة

إذا كنت قد انخرطت في تصوير شريحة من قبل ، فمن المحتمل ألا تقدم هذه المقالة الكثير لك. ولكن إذا كنت ترغب في الدخول فيه ، ولكن لا تعرف من أين تبدأ ، فهذا الأمر يناسبك تمامًا.

قبل أن نبدأ ، تحذير عادل: بينما الإجراء ممتع تمامًا ، فمن المحتمل في البداية أن يكون مؤلمًا بدنيًا. المواد الكيميائية المستخدمة أثناء العملية سامة ، لذا يرجى التعامل معها بعناية - وبهذه الطريقة ستظل مؤذية ، ولكن أقل من ذلك. أيضًا ، إذا كان لديك قدر ضئيل من الفطرة السليمة ، فقم بإجراء هذا الإجراء في مختبر كيميائي مجهز بالكامل تحت إشراف محترفين مدربين: لقد تعين علينا التعامل مع الأشخاص الذين حاولوا القيام بذلك في المنزل بعد قراءة الدليل مباشرةً. وأخيراً: إذا كنت لا تعرف ما إذا كنت بحاجة إلى صب حمض في الماء أو الماء في حمض دون بحث Google ولا تدرك ما سوف يستلزمه هذا الافتقار إلى المعرفة - توقف عن قراءة هذا على الفور وانتقل إلى دورة الكيمياء 101 في كلية محلية أو شيء من هذا.

المعدات

في الحد الأدنى المطلق ، سوف تحتاج إلى حامض النتريك عالي التركيز (HNO3) وحمض الكبريتيك (H2SO4). كيف القانونية لشراء هم يختلف من بلد إلى آخر. إذا كنت تعيش في بلد تولي الحكومة اهتمامًا خاصًا لحماية البيئة ، فستحتاج إلى مكونات مختلفة (أسمع أن الألمان يستخدمون الصنوبري لتحقيق نتائج جيدة). بصرف النظر عن هذين الأحماض الأساسية ، ستحتاج إلى كحول الأيزوبروبيل والأسيتون كمذيبات. ستحتاج أيضًا إلى شيء لتخزين المواد الكيميائية فيه. نظرًا لأن الإجراء بسيط للغاية ، ستحتاج فقط إلى بضع أنابيب اختبار ونظارات وثلاثي القوائم مع حلقة لعقد الأنبوب.

• عند شراء حامل ثلاثي القوائم ، تذكر أن الخاتم المعدني يجب ألا يلمس كوب الأنبوب ؛ قد تفتقر بعض المعدات المستخدمة إلى طبقة المطاط (أو القماش) التي تحمي الأنبوب من الخدوش
• قد تدخل الأحماض التي ستعمل معها في تفاعلات مدمرة مع المعدن ، لذلك احصل على ملاقط مقاومة للحمض. من تجربتنا ، تميل الملقط إلى الضياع أو الانحناء ، لذا اشتري عشرات منها لحل هذه المشكلة إلى الأبد.
• نظرًا لأن غاز الحمض - خصوصًا من حامض النيتريك - شديد السمية ، فستحتاج إلى غطاء العادم الذي يسحب الغاز المنبعث من الأنبوب أثناء تسخينه خارج المرفق.
• كمؤشر مناسب لمدى ارتفاع تركيز الغاز الحمضي ، استخدم الورق الحراري الذي تصنع منه عادة تذاكر الطائرة أو القطار. عند ملامسة الغاز الحمضي ، تتحول الورق الحراري إلى اللون الأسود أو الأحمر. تتيح لك تذكرة الطائرة المعلقة قليلاً فوق الأنبوب معرفة ما إذا كان غاز الحمض ينتج بسرعة كبيرة جدًا.
• لتنظيف سطح الرقائق باستخدام مذيب ، يمكنك استخدام فرشاة أسنان بشكل واقعي ، لكنني أوصي بأوعية الموجات فوق الصوتية. هل يمكن الحصول عليها بثمن بخس من المجوهرات المحلية. لكن تأكد من أن المذيب الخاص بك لا يحل أيضًا الأجزاء البلاستيكية من هذه الحاويات.

• وأخيرًا ، ستحتاج إلى مصدر للحرارة قابل للتعديل. من المحتمل أن يكون لديك بالفعل موقد بنسن جاهز ، لكنه غير مناسب تمامًا لما نحن بصدد القيام به. بدلاً من ذلك ، استخدم محطة لحام رخيصة مصممة للعمل مع SMDs: لوحات الدوائر المثبتة على السطح. مثال Aoyue 850A هو مثال رائع. من خلال ضبط منظم تيار الهواء لمدفع الحرارة بالقرب من الحد الأقصى والحصول ببطء على درجة الحرارة ، يمكنك تسخين الأنبوب إلى درجة الحرارة اللازمة ثم الاحتفاظ به هناك.

الإجراء الكيميائي

يجب أن تكون الشريحة الصغيرة الخاصة بك أصغر ما هو متاح في السوق. على سبيل المثال ، يأتي Texas Instruments MSP430F2012 في شكلين من العوامل: PDIP (حزمة بلاستيكية مزدوجة مضمنة ، غلاف بلاستيكي مع صفين من المسامير) و QFN (رباعي مسطح بدون حلقات ، علبة مربعة بدون دبابيس). على الرغم من أن الإجراء الذي نصفه ينطبق على كلا عاملي الشكل ، إلا أن QFN هو الأفضل ، لأنه أصغر كثيرًا وهناك كمية بلاستيكية أقل (قد تحتاج إلى الذوبان على أي حال) ، مما يعني أننا سنحتاج إلى حمض نيتريك أقل للوصول إلى البلورة.

• ابدأ بتوصيل الحلقة التي تحمل أنبوب الاختبار بالحامل ثلاثي الأرجل وقم بتوجيه المسدس الحراري أسفل الجزء السفلي من الأنبوب قليلاً - ولكن لا تقم بإطلاقه بعد.
• ضع الرقاقة في أنبوب يحتوي على كمية كافية من حمض النتريك لتغمر الرقاقة تمامًا. يمكنك أيضًا إضافة قطرة من حامض الكبريتيك إذا أردت (ولكن ليس كثيرًا ، وإلا فلن يذوب فقط البلاستيك ، ولكن الدوائر الفعلية أيضًا). سوف تتعلم بسرعة القيام بذلك في فترة قصيرة من الوقت بينما لا يزال الزجاج باردًا (لغرض الحفاظ على الذات ، حيث ستكتشف بسرعة شديدة ومؤلمة أن الزجاج البارد يشبه تمامًا الزجاج الساخن).
• مكان الأنبوب في ترايبود. يجب أن يكون الأنبوب يميل قليلاً ، بحيث يكون الجزء السفلي نحوك - وبالتالي فإن الانفجارات العرضية لحامض الغليان ستطلق النار بعيدًا عن وجهك.
• لذلك ، لديك الآن شريحة مغطاة بالحمض. قم الآن بتكوين محطة اللحام بحيث يكون مجرى الهواء الخارج من مسدس التسخين سريعًا ، ولكن لا يتم تسخينه. زيادة درجة الحرارة ببطء ، مع ملاحظة الغاز الحمضي الخارج من الأنبوب. الفكرة هي إيجاد درجة حرارة الغليان بشكل مكثف ، لكن الغازات لا تخرج عن الأنبوب ،
• سيوضح لك مؤشر ليزر مدبب في الأنبوب الارتفاع الدقيق لتيار الغاز ، لأنه على عكس الهواء النظيف ، سيتم إضاءة الغازات الحمضية بواسطة حزمة ليزر.
• إذا سخنت الأنبوب ، فسوف تصبغ الغازات الحمضية بالخارج ، وتملأ غطاء العادم أو المختبر. في الحالة الأخيرة ، تبدأ جميع المعادن داخل المختبر في التعفن ، وسوف تبدأ رئتيك في الاحتراق ، وستنفجر أجهزة الإنذار بالحريق. لا تفعل ذلك.
• بما أن الرقاقة تغلي داخل حمض النتريك ، فإن غلافها سوف يتغير لونه تدريجياً. يجب أن تستمر حتى يبدأ الحمض في إذابة البلورة نفسها ، أو تنفد قدراتها الذائبة.
• قد تلاحظ أن الحمض نفسه سيغير لونه أيضًا. يصبح HNO3 إما أخضر أو ​​أزرق بعد إذابة الرصاص - وهذا يشير إلى أن قدرته على إذابة البلاستيك قد ضعفت. بعد "تعثر" الحمض ، دع الأنبوب يبرد ويصب محتوياته في جرة فارغة.
• في هذه المرحلة ، الحمض ليس قويًا بما فيه الكفاية لحل حالة الرقاقة - ولكن لا يزال قويًا بدرجة كافية لحل جلدك. في البداية لا تؤذي حروق HNO3 الكثير ، لذلك قد لا تدرك ذلك إلا إذا لاحظت بقعة صفراء على بشرتك ، والتي ستذوب خلال أسبوع تقريبًا أو نحو ذلك. في بعض الأحيان ، قد تشعر أنك تشبه الحكة وليس الحرق ، ولكن لا يزال: إذا بدأت بقعة في يدك بالحكة ، فركض إلى صنبور الماء على الفور. H2SO4 ، في الوقت نفسه ، هو أكثر عدوانية. عندما تتلامس مع الجلد ، ستبدأ في الإصابات الحادة وتغطيتها بطفح جلدي أحمر.

• الآن ، بعد أن عرفت أنه لا يجب وضع الأصابع في أنبوب مملوء بالأحماض ، استخدم الملقط لإزالة بلورة الشريحة من الأنبوب وإفلاتها في جرة أخرى - باستخدام الأسيتون. ثم ضع هذه الجرة في حاوية الموجات فوق الصوتية لبضع دقائق.
• في هذه المرحلة ، يتم كشف البلورة بالكامل تقريبًا ، باستثناء بعض الأوساخ. ولكن إذا كانت الرقاقة التي تعمل عليها كبيرة ، فقد لا تكون جلسة حمض النيتريك واحدة كافية وستظل البلورة مغطاة. إذا كان الأمر كذلك ، كرر الإجراء حتى تبقى الأوساخ فقط على البلورة. بعد ذلك ، قبل التقاط الصورة ، يجب أن يأخذ الحمام حوض H2SO4 الذي سينظف آخر أجزاء من الأوساخ المتبقية.
• هذه الأحماض اثنين تختلف اختلافا كبيرا في سلوكهم. قد تلاحظ أن الشريحة تتصرف كثيرًا بشكل مختلف أثناء غمرها في H2SO4 عنها في HNO3. H2SO4 لديه درجة حرارة غليان أعلى من HNO3 ، لكنه يذوب البلاستيك جيدًا حتى أقل من درجة الغليان. يمكنك أيضًا ملاحظة أن H2SO4 لا يلون الحالة ، ولكنه يذوبها ويحولها إلى اللون الأسود في نفس الوقت ، مما يجعل رؤية البلورة أكثر صعوبة ، وبالتالي إدراك ما إذا كان يجب عليك إزالتها أم لا.
• بعد حمام H2SO4 ، اترك البلورة في حاوية الموجات فوق الصوتية لبضع دقائق. الآن جاهزة لجلسة تصوير.

معدات التصوير

الآن بعد أن أصبح لديك بلورة مكشوفة ، فقد حان الوقت لالتقاط صورة. لذلك ، ستحتاج إلى مجهر معدني - هو الذي ينبعث الضوء العاكس ، وليس المنقول.

• لالتقاط صورة لكريستال رقاقة ، إما شراء كاميرا المجهر الخاصة ، أو استخدام كاميرا رقمية احترافية. يتمتع كلا الخيارين بميزاتهما ، لكن "كاميرات المجهر" غالبًا ما تكون أرخص كاميرات الويب الرخيصة التي تحتوي على برنامج عربات التي تجرها الدواب والتي تعمل فقط مع نظام التشغيل Windows ، لذلك سأوصي باستخدام كاميرا رقمية عادية.
• مهما كانت الكاميرا التي تختارها ، فلن تتمكن من التقاط الشريحة بالكامل في صورة واحدة. ستحتاج إلى التقاط لقطات متعددة ثم تجميعها معًا. أسهل طريقة للقيام بذلك هي استخدام البرامج لإنشاء لقطات بانورامية.
• للحصول على أفضل نتيجة ، يجب أن تتداخل أجزاء الصورة بمقدار الثلث تقريبًا مع اللقطات المجاورة.
• بعد قيامك بتصوير الشريحة بالكامل ، قم بنقل الصور إلى جهاز كمبيوتر به ذاكرة RAM كافية وتحميل الصور إلى Hugin - وهي أداة لإنشاء صور بانورامية. من بين الميزات المفيدة الأخرى ، يقوم أيضًا ببعض تصحيح الأخطاء ، بافتراض عدم وجود الكثير من الأخطاء. Hugin يفعل كل ما في وسعه لإنتاج لقطة ناعمة. في النهاية ، فإنه ينتج إما لقطة مثالية أو فوضى مختلطة. إذا حدثت الفوضى بسبب خطأ بسيط ، يمكنك إصلاحه داخل التطبيق. ولكن إذا كانت الأخطاء كبيرة بما يكفي ، مثل التداخل غير الكافي أو التركيز السيئ - فستحتاج إلى إجراء جلسة تصوير أخرى. تمثل الصورة التالية الصورة الكاملة للبلورة من شريحة Clipper ، التي تم إنشاؤها باستخدام Hugin.