Microscópio de força atômicaO Microscópio de Força Atômica (AFM) é uma tecnologia de microscopia de alta resolução baseada na interação da sonda com a superfície da amostra, capaz de realizar a profilografia tridimensional de amostras em nanoescala e uma variedade de análises físicas e químicas. Suas principais vantagens são a necessidade de um ambiente de vácuo, a capacidade de medir vários materiais, incluindo isolantes, e a capacidade de fornecer resoluções muito superiores ao microscópio óptico (resoluções horizontales de 0,1-0,2 nm e resoluções longitudinais de 0,01 nm). Aqui estão as principais funções de medição e cenários de aplicação do AFM:

1. reconstrução tridimensional

A sonda varredura a superfície da amostra para registrar o deslocamento vertical da sonda (sinal do eixo Z) e gerar imagens de superfície tridimensionais de alta resolução.

Aplicações: análise da rugosidade da superfície de nanomateriais, caracterização estrutural de dispositivos microeletrônicos, observação da morfologia da superfície de amostras biológicas (por exemplo, membranas celulares, DNA).

Caso: medir a superfície de grafeno com uma única camada atómica de degraus, com diferença de altura de apenas 0,34 nanômetros.

Análise de altura e contorno das escadas

Medir quantitativamente a espessura da película, o diâmetro do nanofio, a altura das partículas e outros tamanhos verticais.

Aplicações: Avaliação da qualidade do crescimento de películas finas de semicondutores, estatísticas de tamanho de nanopartículas, teste de uniformidade do revestimento.

Módulo elástico e dureza

Calcule o módulo de elasticidade local e a dureza da amostra através da análise da curva força-distância.

Aplicação: caracterização das propriedades mecânicas dos materiais de polímeros, estudo das diferenças de dureza de tecidos biológicos (como cartilagem, células tumorais).

Caso: Medir a diferença de módulo elástico entre células cancerosas e células normais para auxiliar o diagnóstico de câncer.

2, adesividade e atrito

Medir a força de adesão (por exemplo, força intermolecular) ou atrito horizontal entre a sonda e a superfície da amostra.

Aplicações: Avaliação das propriedades dos materiais lubrificantes, estudos de interações entre biomoléculas (como proteínas, DNA) e bases.

Microscópio de força atómica condutora (C-AFM)

Aplicar tensão na sonda para medir a distribuição de corrente na superfície da amostra e gerar mapas de condutividade.

Aplicações: Análise de vazamento de dispositivos semicondutores, detecção de uniformidade de películas finas de polímeros condutores, avaliação de qualidade de contato de eletrodos de células solares.

Caso: Localizar microáreas mal condutivas em células solares para otimizar o processo de fabricação.

Microscópio Elétrico Estático (EFM)

Medir a potência estática entre a sonda e a superfície da amostra, refletindo a distribuição da carga superficial ou a constante dielétrica.

Aplicação: observação estrutural de materiais ferroelétricos, análise de armadilhas de carga elétrica da superfície do isolante.

Microscópio magnético (MFM)

Utilize uma sonda de revestimento magnético para mapear a estrutura de categorias magnéticas da superfície da amostra por meio de forças de interação magnética.

Aplicações: Desenvolvimento de cabeças magnéticas de disco rígido, estudo de arranjo de nanopartículas magnéticas, caracterização de dispositivos eletrônicos de spin.

Caso: Observe o processo de escrita e leitura de categorias magnéticas de nanoescala em mídias de armazenamento magnético.

Microscópio térmico de varredura (SThM)

A ponta da sonda aquece e mede a condutividade térmica local para gerar um mapa de distribuição térmica.

Aplicação: otimização do gerenciamento térmico de dispositivos microeletrônicos, análise heterosexual da condutividade térmica de materiais compostos.

Microscópio de força química (CFM)

Modificação funcional da sonda (por exemplo, ligação de moléculas específicas) para identificar a composição química da superfície por meio de forças de ligação química.

Aplicações: Detecção de moléculas únicas, localização da atividade superficial do catalisador, identificação de especificidade biomolecular.

Observação dinâmica de amostras biológicas

Monitore em tempo real o movimento celular, dobramento de proteínas ou híbridos de DNA em ambientes líquidos.

Caso: Observar a distribuição dinâmica dos receptores na superfície da membrana celular viva e estudar o mecanismo de ação da droga.

Distinção de tempo AFM

A varredura de alta velocidade (em milésimos de segundos) captura mudanças na morfologia da superfície, como mudanças de fase, crescimento de cristalização ou processos de corrosão.

Aplicação: evolução morfológica do processo de carga e descarga do eletrodo da bateria, monitoramento da fase inicial da corrosão do metal.

AFM-Raman em conjunto

Combinar a formação AFM com informações químicas espectroscópicas de Raman para a análise sincronizada "formação-componente".

Aplicações: Número de camadas de materiais bidimensionais (como MoS₂) e identificação de defeitos, estudo de interfaces de compostos de polímeros.

AFM - Infravermelho

Enhanced Infrared Spectroscopy (TERS) com ponta de agulha para imagens químicas de nanoescala.

Aplicações: Análise de composição química de nanoestruturas biomoléculares, localização central da atividade superficial do catalisador.