Mikroskopia sił atomowych

Mikroskopia sił atomowych (AFM) to rodzaj mikroskopii z sondą skanującą, która umożliwia analizę szczegółów topograficznych różnych próbek, takich jak ceramika, szkło, polimery i próbki biologiczne. AFM oferuje ponad 1000 razy większą rozdzielczość niż optyczny system obrazowania. Obrazy generowane z AFM to trójwymiarowe profile powierzchni, oferujące przewagę nad płaskimi, dwuwymiarowymi obrazami uzyskanymi z innych technik obrazowania.

Sonda AFM

Sonda jest uważana za serce każdego zestawu AFM i składa się z zespołu wspornika i końcówki. Sondy są najczęściej wymienianą częścią tego typu mikroskopu, ponieważ ciągła interakcja z próbkami powoduje zużycie końcówki. Dlatego wybór materiału na sondę zależy od właściwości próbki. Sondy krzemowe, używane do analizy twardych próbek, są sztywniejsze i ostrzejsze niż sondy z azotku krzemu, które lepiej nadają się do skanowania miękkich próbek. Te ostre końcówki są produkowane przy użyciu trawienia elektrochemicznego lub nanorurek węglowych w celu zapewnienia większej dokładności analizy.

Tryby obrazowania AFM

W AFM topografię powierzchni bada się za pomocą interakcji pomiędzy końcówką sondy a powierzchnią próbki. Istnieją dwa główne tryby obrazowania — tryb statyczny, nazywany także trybem kontaktowym, oraz tryb dynamiczny.

W trybie statycznym lub kontaktowym końcówka sondy ma ciągły kontakt z powierzchnią próbki. Gdy końcówka przesuwa się po powierzchni, siły odpychające pomiędzy próbką a końcówką powodują zgięcie wspornika, które jest rejestrowane. Cała powierzchnia próbki jest skanowana tam i z powrotem zarówno w osi x, jak i y, co nazywa się skanowaniem rastrowym, podczas gdy pionowy ruch wspornika rejestruje oś z, generując w ten sposób obraz 3D.

W trybie dynamicznym sonda oscyluje tuż nad powierzchnią próbki, zbliżając się do powierzchni, ale jej nie dotykając. Siły przyciągania i odpychania determinują zmianę odległości pomiędzy końcówką a próbką, wpływając na amplitudę oscylacji wspornika. Informacje te są rejestrowane w celu skonstruowania topografii powierzchni próbki.