Microscopios de fuerza atómica y sus aplicaciones
El microscopio de fuerza atómica es un microscopio de sonda de barrido desarrollado en base a los principios básicos del microscopio de efecto túnel. Sin duda, la aparición de la microscopía de fuerza atómica jugó un papel impulsor en el desarrollo de la nanotecnología. La microscopía de sonda de barrido, representada por la microscopía de fuerza atómica, es una serie de microscopios que utilizan una pequeña sonda para escanear la superficie de una muestra, proporcionando una observación con gran aumento. El escaneo por microscopía de fuerza atómica puede proporcionar información sobre el estado de la superficie de varios tipos de muestras. En comparación con los microscopios convencionales, la ventaja de la microscopía de fuerza atómica es que puede observar la superficie de las muestras con gran aumento en condiciones atmosféricas y puede usarse para casi todas las muestras (con ciertos requisitos de suavidad de la superficie), sin la necesidad de otros tratamientos de preparación de muestras, para obtener imágenes morfológicas tridimensionales de la superficie de la muestra. Y puede realizar cálculos de rugosidad, espesor, ancho de paso, diagrama de bloques o análisis de tamaño de partículas en la imagen morfológica tridimensional obtenida del escaneo.
La microscopía de fuerza atómica puede detectar muchas muestras, proporcionar datos para la investigación de superficies y el control de la producción o el desarrollo de procesos, que no pueden ser proporcionados por los rugosímetros de superficie de barrido y los microscopios electrónicos convencionales.
1, principios básicos
La microscopía de fuerza atómica utiliza la fuerza de interacción (fuerza atómica) entre la superficie de una muestra y la punta de una sonda fina para medir la morfología de la superficie.
La punta de la sonda está en un pequeño voladizo flexible y la interacción generada cuando la sonda entra en contacto con la superficie de la muestra se detecta en forma de desviación del voladizo. La distancia entre la superficie de la muestra y la sonda es inferior a 3-4 nm y la fuerza detectada entre ellas es inferior a 10-8 N. La luz del diodo láser se enfoca en la parte posterior del voladizo. Cuando el voladizo se dobla bajo la acción de una fuerza, la luz reflejada se desvía y se utiliza un fotodetector sensible a la posición para desviar el ángulo. Luego, los datos recopilados son procesados por una computadora para obtener una imagen tridimensional de la superficie de la muestra.
Se coloca una sonda en voladizo completa sobre la superficie de la muestra controlada por un escáner piezoeléctrico y se escanea en tres direcciones con un ancho de paso de 0,1 nm o menos con precisión horizontal. Generalmente, al escanear la superficie de la muestra en detalle (eje XY), el eje Z-controlado por la retroalimentación de desplazamiento del voladizo permanece fijo y sin cambios. Los valores del eje Z-que proporcionan retroalimentación sobre la respuesta de escaneo se ingresan en la computadora para su procesamiento, lo que da como resultado una imagen de observación (imagen 3D) de la superficie de la muestra.
