Princípio de funcionamento e aplicações de microscópios de força atômica
O microscópio de força atômica é um microscópio de sonda de varredura desenvolvido com base nos princípios básicos do microscópio de tunelamento de varredura. 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 das amostras em alta 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 tratamentos de preparação de amostra, para obter imagens morfológicas tri-dimensionais da superfície da amostra. E pode realizar cálculos de rugosidade, espessura, largura de passo, diagrama de blocos ou análise de tamanho de partícula na imagem morfológica tri-dimensional obtida na digitalização.
A microscopia de força atômica pode detectar muitas amostras, fornecer dados para pesquisa de superfície e controle de produção ou desenvolvimento de processos, que não podem ser fornecidos por medidores convencionais de rugosidade de superfície e microscópios eletrônicos.
1, 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 flexível, 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 inferior a 3-4nm e a força detectada entre elas é inferior a 10-8N. A luz do diodo laser é focada na parte traseira do cantilever. Quando o cantilever dobra sob a ação da força, a luz refletida é desviada e um fotodetector sensível à posição é usado para desviar o ângulo. 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 com precisão horizontal. Geralmente, ao digitalizar detalhadamente a superfície da amostra (eixo XY), o eixo Z-controlado pelo feedback de deslocamento do cantilever permanece fixo e inalterado. Os valores do eixo Z-que fornecem feedback sobre a resposta de varredura são inseridos no computador para processamento, resultando em uma imagem de observação (imagem 3D) da superfície da amostra.
