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Microscópio de força atômica

NegociávelAtualização em01/12

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Visão geral

O microscópio de força atômica é uma poderosa ferramenta de caracterização em nanoescala que reconstrui a forma tridimensional da superfície através da percepção de uma força extremamente fraca entre a sonda e a amostra. Suas vantagens são a alta resolução, a capacidade de imagem 3D e a capacidade de estudar amostras em condições próximas da natureza, especialmente em líquidos, tornando-o um "olho" e uma "mão" nas áreas de ciências dos materiais, ciências da vida e nanotecnologia.

Detalhes do produto

O que é um microscópio de força atômica?

O microscópio de força atômica é um microscópio de sonda de varredura de ultra-alta resolução com resoluções em escala nanométrica ou até atômica. Seu princípio básico é muito simples: uma sonda extremamente fina "toca" ou varredura suavemente a superfície da amostra para perceber a morfologia tridimensional e as propriedades físicas da superfície da amostra.

O mais surpreendente é que o AFM não precisa trabalhar em um ambiente de vácuo como o microscópio eletrônico, ele pode operar em ambientes atmosféricos, líquidos e até mesmo vácuo. Isso lhe permite observar amostras de macromoléculas biológicas (como proteínas, DNA, células vivas, etc.) que não podem ser observadas diretamente sob o microscópio eletrônico, o que é uma grande vantagem.

II. Princípio de funcionamento

O AFM funciona de forma semelhante à antiga gravadora que lê os discos, mas com uma precisão incontável. Seus componentes principais incluem:

1, feixe de micro-suspensão: um pequeno suspensão extremamente elástico.

Sonda: uma ponta de agulha extremamente afiada localizada na extremidade da viga de suspensão, com raio de curvatura de até o nível nanométrico.

Emissão de laser e sistema de detecção de posição: um feixe de laser atinge a parte traseira do feixe de suspensão e é refletido em um detector fotoelétrico de quatro quadrantes.

Scanner piezoelétrico: um material cerâmico capaz de alcançar o posicionamento preciso em nanoescala que pode controlar a sonda ou amostra para mover-se com precisão nas três direções X, Y e Z.

Processo de trabalho (modo de contato, por exemplo):

A sonda afiada é aproximada gradualmente da superfície da amostra até que ela produza uma força de interação fraca com os átomos da superfície da amostra (principalmente a força de Van der Waal).

2, varredura: o leitor piezoelétrico conduz a sonda para varredura linear na superfície da amostra (varredura de porta).

3, deformação perceptiva: quando a sonda varre para a superfície onde há flutuações, a força de ação entre a ponta da agulha e a amostra muda, levando à curvatura (deformação) do feixe de micro-suspensão.

Detecção de deformação: a curvatura do feixe do braço muda a direção do feixe laser refletido, mudando a posição da mancha no detector fotoelétrico. Essa mudança de localização foi registrada com precisão.

5, ciclo de feedback: o sistema ajusta a altura do leitor piezoelétrico na direção Z em tempo real através de um circuito de feedback para manter a deformação da viga de suspensão (ou seja, a força de ação entre a sonda e a amostra) constante.

Imagem: O computador registra a variação de altura da direção Z necessária para manter a força constante em cada ponto (coordenadas X e Y). Combinando esses dados, obtém-se um perfil tridimensional da superfície da amostra.

Principais modelos de trabalho

O AFM tem vários modos de trabalho para atender às diferentes necessidades de amostras e medições, divididos principalmente em três categorias:

1. Modo de contato

Princípio: A sonda entra em contato direto com a superfície da amostra (modo de repulsão), com uma distância de poucos nanômetros de ponto zero entre a viga e a superfície da amostra.

Vantagens: alta resolução e rápida digitalização.

Desvantagens: Forças transversais podem causar danos ou movimentos em amostras suaves, como amostras biológicas.

2. Modo de toque

Princípio: Para que o feixe de micro-suspensão oscile perto de sua frequência de ressonância, a sonda só "toca" brevemente na superfície da amostra no fundo de cada ciclo de oscilação. Faça feedback sobre a forma da superfície detectando mudanças na amplitude da oscilação.

Vantagens: Uma força transversal significativamente reduzida, ideal para observar amostras macias, frágeis ou adesivas (como materiais biológicos ou poliméricos), é um dos padrões mais amplamente utilizados.

Desvantagens: A digitalização é ligeiramente mais lenta do que no modo de contato.

3. Modo sem contato

Princípio: A sonda vibra acima da superfície da amostra (a distâncias de alguns a dezenas de nanômetros), detectando mudanças nas forças de ação de longo alcance (por exemplo, força de Van der Waal, eletricidade estática) entre a amostra e a ponta da agulha.

Vantagens: Quase zero dano à amostra.

Desvantagens: A resolução é baixa e geralmente é necessário operar em um ambiente de vácuo para excluir a interferência da amortiguação do ar.

Principais áreas de aplicação

O poder do AFM permite que ele seja aplicado em várias áreas:

1, Ciência dos materiais:

Observe a forma e a estrutura de nanomateriais (como grafeno, nanotubos de carbono).

Estude a rugosidade da superfície, fronteiras de grãos e defeitos de materiais como metais, semicondutores e cerâmicas.

Análise de separação de fase de materiais poliméricos, estrutura cristalina, etc.

Ciências da Vida e Biologia:

Imagem: Observar diretamente a estrutura de macromoléculas biológicas, como DNA, RNA e proteínas, e até mesmo observar mudanças dinâmicas em processos biológicos em ambientes líquidos.

Medição das propriedades mecânicas: Medição da elasticidade (rigidez) das células vivas, adesividade das bactérias, força de interação entre proteínas, etc.

3 - Nanotecnologia:

Nanomanipulação: Mover átomos ou moléculas individuais para construir nanoestruturas.

Nano-processamento: Usando a ponta AFM para gravar e oxidar a superfície do material, para alcançar o processamento "direto".

Indústria dos semicondutores:

Medir a largura e profundidade da linha do circuito integrado para análise de falhas.

Detecção da qualidade da superfície de dispositivos semicondutores.

Características estruturais do microscópio de força atômica:

◆ cabeça de detecção a laser e mesa de varredura de amostra integrada, estável e confiável;

◆ laser de precisão e dispositivo de localização da sonda, substituição da sonda e ajuste da mancha simples e conveniente;

◆ A amostra de accionamento de eixo único aproxima-se automaticamente da sonda verticalmente, posicionando com precisão a área de varredura, tornando a ponta da agulha vertical à varredura da amostra;

◆ O motor controla a detecção automática de cerâmica elétrica pressurizada com o modo inteligente de entrada, protegendo a sonda e a amostra;
◆ Alta precisão grande gama de leitores de cerâmica piezoelétrica, que podem ser escolhidos de acordo com diferentes requisitos de precisão e alcance de varredura;

◆ Posicionamento óptico do objetivo de diferença de cor 10X, sem foco, observação em tempo real.

Microscópio de força atômicaParâmetros técnicos:

Modo de trabalho básico	Modo de contato, modo de toque, medição da curva de força F-Z, medição da curva RMS-Z
Modo de trabalho opcional	Atrito/força lateral, amplitude/fase, força magnética e eletrostática
Tamanho da amostra	Φ≤90mm, H≤20mm
Escala de digitalização	XY para 50um, Z para 5um (opcional com XY para 110um, Z para 10um)
Resolução de digitalização	XY para 0,2nm, Z para 0,05nm
Área de movimento da amostra	0 ~ 20 milímetros
Ampliação óptica	10X， Resolução óptica 1um (opcional 20X, resolução óptica 0.8um)
Velocidade de digitalização	0.6Hz~4.34Hz， Ángulo de varredura 0 ~ 360°
Controle de varredura	XY com D/A de 18 bits, Z com D/A de 16 bits
Amostragem de dados	14-bit A/D、 Sincronização dupla de 16 bits A/D
Forma de feedback	Feedback digital do DSP
Taxa de amostragem de feedback	64.0KHz
Interface de comunicação	USB2.0 / 3.0
Ambiente operacional	Sistema operacional Windows XP/7/8/10

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