Mikroskopia sił atomowych
Mikroskop sił atomowych AFM (Atomic Force Microscopy) NanoScope V (Bruker-Veeco) umożliwia obserwację przestrzenną topografii powierzchni ciał stałych w skali manometrycznej: szorstkość powierzchni, objętość i pole zobrazowanych kształtów, profile wysokościowe, ziarnistość próbek oraz elastyczność i sztywność badanego materiału. Możliwe jest obserwowanie struktur domen magnetycznych, pomiary tarcia oraz mapowanie właściwości nanomechanicznych powierzchni, takich jak adhezja i moduł Younga. Korelacja obrazów topograficznych z właściwościami nanomechanicznymi wzbogaca informacje o morfologii i właściwościach materiałów w skali mikro- i nanometrów. Badania mogą być wykonywane w atmosferze gazów innych niż powietrze, w cieczach, w podwyższonych temperaturach (do 250°C), a także istnieje możliwość prowadzenia reakcji chemicznych z wizualizacją ich efektów w trakcie pomiarów.
Próbki do badań mogą mieć postać materiałów litych, proszków, folii, a także filmów na szkle, mice lub krzemie.
Typowe zastosowania to analiza topografii powierzchni przewodników, półprzewodników, dielektryków, kryształów, nanocząstek, polimerów, struktur mono- i bi-warstwowych, bakterii, grzybów.
Najistotniejsze cechy mikroskopu NanoScope V:
- zdolność rozdzielcza 0,1-10 nm (zależnie od metody pomiaru)
- maksymalny rozmiar skanowanej powierzchni 100 x 100 µm
- maksymalna rozdzielczość uzyskanego obrazu 5120 x 5120 pikseli
- rozdzielczość skanera i czułość układu pomiaru odchylenia igły < 1 Å
- pomiary modułu Young'a w zakresie od 1 MPa do 50 GPa oraz adhezji w zakresie od 10 pN do 10 μN.
Konfiguracja mikroskopu oraz jego wyposażenie, między innymi w skanery piezoelektryczne, kamerę video oraz specjalistyczne oprogramowanie, pozwala na wykorzystanie następujących technik pomiarowych:
- contact AFM – metoda kontaktowa. Pomiar topografii poprzez permanentny kontakt igły z powierzchnią próbki. Powiększenie 1000-200000x. Możliwy pomiar w cieczy.
- tapping mode AFM – tryb pracy z kontaktem przerywanym. Technika mniej inwazyjna niż metoda kontaktowa, stosowana do próbek miękkich i delikatnych. Powiększenie 1000-200000x. Możliwy pomiar w cieczy.
- PeakForce Tapping oraz PeakForce QNM (Quantitative Nanomechanical Property Mapping) to techniki obrazowania topografii powierzchni, oparte na bezpośrednim monitorowaniu siły oddziaływania pomiędzy sondą i powierzchnią próbki. Opcja PeakForce Tapping znacząco zmniejsza siłę, a tym samym powierzchnię oddziaływania sonda-próbka, co zdecydowanie poprawia rozdzielczość skanowania w płaszczyźnie XY oraz umożliwia skuteczne i bezpieczne skanowanie próbek miękkich, takich jak bakterie, bio-membrany, drożdże, polimery, bio-polimery, ciekłe kryształy, itp. Technika PeakForce QNM jest rozszerzeniem trybu PeakForce Tapping umożliwiającym, obok obrazowania topografii, równoczesne mapowanie właściwości mechanicznych, takich jak adhezja, deformacja czy moduł Young'a.
- mikroskopia sił magnetycznych MFM (Magnetic Force Microscope). Badania topografii i właściwości magnetycznych powierzchni próbki. Powiększenie: 1000-200000x.
- skaningowa mikroskopia tunelowa STM (Scanning Tunneling Microscopy). Badania topografii powierzchni z atomową rozdzielczością wykorzystujące prąd tunelowy płynący między próbką a igłą. Stosowana wyłącznie do badań próbek przewodzących. Zakres powiększeń: 1000-40000000x.
- mikroskopia elektrochemiczna EC AFM/STM (Elektrochemical Microscopy AFM/STM). Badania powierzchni i jej właściwości w elektrolitach. Powiększenie: 1000-200000x.
