O princípio de funcionamento e aplicações dos microscópios de força atômica
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.
Características da Microscopia de Força Atômica
1. A capacidade de alta-resolução excede em muito a dos microscópios eletrônicos de varredura (SEM) e dos medidores de rugosidade óptica. Os dados tri-dimensionais 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 é inferior a 10-8N, o 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.
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 condições 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 seu tamanho de exibição de imagem 3D, ângulo de visão, cor de exibição e brilho podem ser definidos livremente. E rede, linhas de contorno e exibições de linha podem ser selecionadas. Gerenciamento macro de processamento de imagens, análise de formato-de seção transversal e rugosidade, análise morfológica e outras funções.
