Red de conocimiento del abogados - Consultar a un abogado - El origen microscópico de las sondas de microscopio de fuerza atómica

El origen microscópico de las sondas de microscopio de fuerza atómica

La microscopía de fuerza atómica (AFM) es una herramienta importante para analizar la morfología de la superficie y las propiedades electromagnéticas con resolución atómica. En 1981, Binnig y Rohrer de IBM-Zurich inventaron el STM (microscopio de barrido de túneles). En 1982, Binnig observó por primera vez el mapa de resolución atómica Si(7x7). En 1985, Binnig, Gerber y Quate desarrollaron con éxito el primer AFM (microscopio de fuerza atómica). En los campos de la ciencia de superficies, la nanotecnología y la bioelectrónica, la microscopía de sonda de barrido (SPM) se ha convertido gradualmente en una herramienta de caracterización de materiales importante y versátil.

STM requiere que la superficie de la muestra sea conductora, mientras que AFM puede probar la morfología de la superficie y las propiedades de los aisladores. Porque el principio básico de STM es detectar la topografía de la superficie midiendo la corriente de túnel entre la sonda y la superficie de la muestra, mientras que AFM mide la fuerza de interacción entre la sonda y la superficie de la muestra. El AFM consta de cuatro partes: parte de movimiento mecánico, sistema de detección óptica de señal de desviación de haz en voladizo, sistema de retroalimentación de señal de control, sistema de software de procesamiento de imágenes y información. La interacción entre la sonda y la muestra desvía el voladizo hacia arriba o hacia abajo. Se ilumina un láser al final del voladizo y el cambio de posición de la luz reflejada se utiliza para medir la desviación del voladizo. Este método de detección fue propuesto por primera vez por Meyer y Amer. El movimiento de la parte mecánica (movimiento de barrido hacia arriba y hacia abajo y lateral de la sonda) está controlado por cerámicas piezoeléctricas precisas. PSD se utiliza para la detección de reflejos láser. Los sistemas de retroalimentación y de imágenes controlan la distancia entre la sonda y la superficie de la muestra y, en última instancia, procesan los resultados de las pruebas experimentales.

Modo de trabajo AFM del microscopio de fuerza atómica

Con el desarrollo de la tecnología AFM, constantemente surgen varias aplicaciones nuevas. Específicamente, incluye las siguientes tecnologías:

(1) En el método de contacto más temprano, la sonda está en contacto directo con la muestra y la sonda es fácil de usar, por lo que se requiere que la sonda sea suave. , es decir, el coeficiente elástico del voladizo es pequeño, generalmente inferior a 1N/m.

(2) El método de percusión también se llama contacto dinámico o intermitente. La sonda vibra bajo la acción de una fuerza externa y parte de la posición de vibración de la sonda ingresa a la zona repulsiva de la curva de fuerza, por lo que la sonda está en contacto intermitente con la superficie de la muestra. La sonda requiere un alto coeficiente elástico en voladizo para evitar el entrelazamiento con la película de agua de microcapa en la superficie de la muestra. El modo de golpeteo ejerce muy poca fuerza sobre la muestra, lo que resulta especialmente útil para mejorar la resolución de muestras blandas. Al mismo tiempo, la vida útil de la sonda es ligeramente mayor que la del tipo de contacto.

Los anteriores son los modos AFM más utilizados, y hay muchos otros modos, como

Microscopía de fuerza lateral (microscopía de fuerza lateral), que puede detectar la fricción lateral de micro -regiones en la superficie de la muestra contra la fuerza de la sonda para obtener las propiedades mecánicas del material),

Fuerza sin contacto (el microscopio sin contacto es básicamente el mismo que el tipo de percusión, excepto que el microscopio sin contacto). -la sonda de contacto funciona en el área de atracción de la curva de fuerza),

Microscopio de modulación de fuerza (microscopio de modulación de fuerza, la sonda tiene una gran fuerza para detectar las microáreas en la superficie de la muestra y la se pueden obtener el coeficiente elástico y otras propiedades mecánicas de las microáreas del material),

Microscopio de fuerza química CFM

Microscopio electrónico Microscopio de fuerza

Fuerza KFM·Kelvin microscopio

Microscopio de fuerza magnética MFM

Microscopio térmico de barrido

Microscopio de capacitancia de barrido SCM

Microscopio de potencial químico de barrido SCPM

Microscopio electroquímico de barrido

Microscopio de conductividad iónica de barrido SICM

Microscopio de sonda Kelvin de barrido SKPM

Microscopio térmico de barrido

Espectrómetro de túnel de barrido STOS

Diversos modos y aplicaciones requieren sondas con diferentes propiedades. El índice de rendimiento de la sonda determina la resolución del microscopio.