O princípio de funcionamento e aplicação da microscopia de força atômica
A microscopia de força atômica é um microscópio de varredura por sonda desenvolvido com base no princípio básico da microscopia de varredura por tunelamento. O surgimento da microscopia de força atômica desempenhou, sem dúvida, um papel impulsionador no desenvolvimento da nanotecnologia. A microscopia de varredura por sonda, representada pela microscopia de força atômica, é uma série de microscópios que usam uma pequena sonda para escanear a superfície de uma amostra, proporcionando observação de alta ampliação. A varredura por microscopia de força atômica pode fornecer informações sobre o estado da superfície de vários tipos de amostras. Em comparação com os microscópios convencionais, a vantagem da microscopia de força atômica é que ela pode observar a superfície da amostra em grande ampliação sob condições atmosféricas e pode ser usada para quase todas as amostras (com certos requisitos de suavidade da superfície), sem a necessidade de outros. processos de preparação de amostras, para obter uma imagem morfológica tridimensional da superfície da amostra. E pode realizar cálculos de rugosidade, espessura, largura de passo, diagrama de blocos ou análise de tamanho de partícula nas imagens morfológicas 3D obtidas na digitalização.
A microscopia de força atômica pode detectar muitas amostras e fornecer dados para pesquisa de superfície, controle de produção ou desenvolvimento de processos, que medidores convencionais de rugosidade de superfície e microscópios eletrônicos não podem fornecer.
Princípios Básicos
A microscopia de força atômica usa a força de interação (força atômica) entre a superfície de uma amostra e a ponta de uma sonda fina para medir a morfologia da superfície.
A ponta da sonda está em um pequeno cantilever, e a interação gerada quando a sonda entra em contato com a superfície da amostra é detectada na forma de deflexão do cantilever. A distância entre a superfície da amostra e a sonda é menor que 3-4 nm, e a força detectada entre elas é menor que 10-8 N. A luz do diodo laser é focada na parte traseira do cantilever. Quando o cantilever é dobrado sob a ação da força, a luz refletida é desviada e um fotodetector sensível à posição é usado para detectar o ângulo de deflexão. Em seguida, os dados coletados são processados por um computador para obter uma imagem tridimensional da superfície da amostra.
Uma sonda cantilever completa é colocada na superfície da amostra controlada por um scanner piezoelétrico e digitalizada em três direções com uma largura de passo de 0,1 nm ou menos em precisão. Geralmente, ao digitalizar detalhadamente a superfície da amostra (eixo XY), o eixo Z controlado pelo feedback de deslocamento do cantilever é mantido fixo e inalterado. Os valores do eixo Z, que são feedback para a resposta de varredura, são inseridos no computador para processamento, resultando em uma imagem observada (imagem 3D) da superfície da amostra.
As características da microscopia de força atômica
1. A capacidade de alta resolução excede em muito a da microscopia eletrônica de varredura (SEM) e dos medidores de rugosidade óptica. Os dados tridimensionais na superfície da amostra atendem aos requisitos cada vez mais microscópicos de pesquisa, produção e inspeção de qualidade.
2. Não destrutivo, a força de interação entre a sonda e a superfície da amostra está abaixo de 10-8N, que é muito menor do que a pressão dos medidores de rugosidade de ponta tradicionais. Portanto, não danificará a amostra e não há problema de dano por feixe de elétrons na microscopia eletrônica de varredura. Além disso, a microscopia eletrônica de varredura requer tratamento de revestimento em amostras não condutoras, enquanto a microscopia de força atômica não exige isso.
3. Possui uma ampla gama de aplicações e pode ser usado para observação de superfície, medição de tamanho, medição de rugosidade de superfície, análise de tamanho de partícula, processamento estatístico de saliências e poços, avaliação de condição de formação de filme, medição de tamanho de camadas protetoras, avaliação de planicidade de filmes de isolamento intercamadas, avaliação de revestimento VCD, avaliação do processo de tratamento de fricção de filmes orientados, análise de defeitos, etc.
4. O software possui fortes capacidades de processamento e sua exibição de imagem 3D pode definir livremente seu tamanho, perspectiva, cor de exibição e brilho. E rede, linhas de contorno e exibições de linha podem ser selecionadas. Gerenciamento macro no processamento de imagens, análise de forma e rugosidade de seção transversal, análise morfológica e outras funções.
