Principi de funcionament i aplicació del microscopi de força atòmica
Microscopi de força atòmica i la seva aplicació
El microscopi de força atòmica és un microscopi de sonda d'escaneig desenvolupat a partir del principi bàsic del microscopi de túnel d'escaneig. L'aparició del microscopi de força atòmica ha tingut, sens dubte, un paper important en la promoció del desenvolupament de la nanotecnologia. El microscopi de sonda d'escaneig representat pel microscopi de força atòmica és un terme general per a una sèrie de microscopis que utilitzen una petita sonda per escanejar la superfície de la mostra per proporcionar observació d'alt augment. L'escaneig AFM pot proporcionar informació sobre l'estat de la superfície de diversos tipus de mostres. En comparació amb els microscopis convencionals, l'avantatge de la microscòpia de força atòmica és que pot observar la superfície de la mostra a gran augment en condicions atmosfèriques i es pot utilitzar per a gairebé totes les mostres (amb certs requisits d'acabat superficial), sense cap altre processament de preparació de mostres, el La superfície de la mostra es pot obtenir una imatge en 3D del . També pot realitzar càlculs de rugositat, gruix, amplada de pas, diagrama de blocs o anàlisi de la mida de partícules a la imatge de topografia 3D escanejada.
L'AFM pot detectar moltes mostres i proporcionar dades per a la investigació de superfícies i el control de la producció o el desenvolupament de processos, que no es poden proporcionar amb mesuradors de rugositat superficial d'escaneig convencionals i microscopis electrònics.
1. Principis bàsics
El microscopi de força atòmica utilitza la força d'interacció (força atòmica) entre la superfície de la mostra de detecció i la petita punta de la sonda per mesurar la topografia de la superfície.
La punta de la sonda es troba en un petit voladís flexible i, quan la sonda toca la superfície de la mostra, la interacció resultant es detecta en forma de deflexió del voladís. La distància entre la superfície de la mostra i la sonda és inferior a 3-4nm i la força detectada entre elles és inferior a 10-8N. La llum d'un díode làser s'enfoca a la part posterior del voladís. Quan el voladís es doblega sota la força, la llum reflectida es desvia mitjançant un angle de deflexió del fotodetector sensible a la posició. A continuació, les dades recollides es processen per ordinador per obtenir una imatge tridimensional de la superfície de la mostra.
La sonda en voladís completa es col·loca a la superfície de la mostra controlada per l'escàner piezoelèctric i s'escaneja en tres direccions amb un nivell de precisió de 0,1 nm o menys. Normalment, l'eix Z controlat per retroalimentació de desplaçament del voladís es manté constant mentre es realitza una exploració detallada (eix XY) a la superfície de la mostra. El valor de l'eix Z que és la retroalimentació de la resposta d'escaneig s'introdueix a l'ordinador per al seu processament i s'obté la imatge d'observació (imatge 3D) de la superfície de la mostra.
En segon lloc, les característiques del microscopi de força atòmica
1. Les capacitats d'alta resolució superen amb escreix les dels microscopis electrònics d'escaneig (SEM) i els mesuradors de rugositat òptica. Les dades tridimensionals de la superfície de la mostra compleixen els requisits cada cop més microscòpics d'investigació, producció i inspecció de qualitat.
2. No destructiva, la força d'interacció entre la sonda i la superfície de la mostra és inferior a 10-8N, que és molt inferior a la pressió del mesurador de rugositat del llapis anterior, de manera que no danyarà la mostra, i hi ha No hi ha cap problema de dany al feix d'electrons del microscopi electrònic d'escaneig. A més, la microscòpia electrònica d'escaneig requereix un recobriment de mostres no conductores, mentre que la microscòpia de força atòmica no.
3. Es pot utilitzar en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara l'observació de superfícies, la mesura de la mida, la mesura de la rugositat de la superfície, l'anàlisi de la mida de les partícules, el processament estadístic de les protuberàncies i les fosses, l'avaluació de les condicions de formació de pel·lícules, la mesura dels passos de la mida de la capa protectora, l'avaluació de la planitud de les pel·lícules aïllants entre capes, avaluació del recobriment VCD, avaluació del procés de tractament de fricció de pel·lícules orientades, anàlisi de defectes, etc.
4. El programari té funcions de processament potents i la seva mida de visualització de la imatge tridimensional, l'angle de visió, el color de la pantalla i la brillantor es poden configurar lliurement. I pot triar la xarxa, la línia de contorn, la visualització de la línia. Gestió macro del processament d'imatges, anàlisi de la forma i rugositat de la secció transversal, anàlisi de la topografia i altres funcions.
