مبانی میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM) (مقاله توضیحی)

با پیشرفت فناوری و ظهور میکروسکوپ های الکترونی، انواع مختلفی از این میکروسکوپ ها با روشهای کاری مختلفی ایجاد شدند. یکی از انواع میکروسکوپ ها که امروزه کاربرد زیادی دارد، میکروسکوپ نیروی اتمی است. این میکروسکوپ مانند دیگر میکروسکوپ های جدید، از الکترون استفاده نمیکند.

عملکرد این میکروسکوپ بر اساس نیروی بین نوک پروب میکروسکوپ و اتمهای روی سطح است. نوک پراب میکروسکوپ از حدی بیشتر نمیتواند به اتم های روی سطح نزدیک شود و دلیل آن هم نیروی دافعه ای است که بین آن دو ایجاد میشود.

ثبت درخواست آنالیز AFM

مُد های عملکردی میکروسکوپ نیروی اتمی(AFM)

میکروسکوپ نیروی اتمی(Atomic Force Microscope) یا به اختصار AFM، میتواند در مد های مختلفی عمل کند که در زیر به آنها اشاره میشود:

مد تماسی(Contact mode)

در این مُد، تیپ(نوک پراب) در تماس با سطح است که با حرکت آن روی سطح و جابجا شدن بازو(بالا و پایین رفتن آن بر اساس پستی و بلندی های سطح مورد بررسی)، تصویری از سطح تهیه میشود. برای اندازه گیری های جابه جایی بازو، از یک لیزر استفاده میشود که به بازو میتابد و بازتاب آن روی چند فتودیود کنار هم، اندازه گیری میشود. با جابه جایی بازو، بازتاب پرتو لیزر تابیده شده نیز جایجا شده و در نتیجه میتوان پستی و بلندی های موجود در سطح را اندازه گیری کرد. در شکل زیر، اساس عملکرد میکرسوکوپ های نیروی اتمی نمایش داده شده است.

در حالت تماسی، نوک تیپ در محدوده دافعه قرار دارد و توسط مولکول های سطح نمونه دفع میشود. در عین حال باقی تیپ در ناحیه جاذبه قرار دارد و توسط نمونه جذب خواهد شد. بین این دو نیرو تعادل برقرار شده و تیپ بر اساس برآمدگی های سطح، جابجا میشود.

این حالت سرعت روبش بالایی دارد و برای نمونه های سخت سفت با تغییرات شدید در سطح گزینه مناسبی است.

مُد غیر تماسی

در این حالت تیپ میکروسکوپ در محدوده فرکانس تشدید، ارتعاش میکند. در این حالت با استفاده از یک پیزو الکتریک، بازو را به نوسان در می آورند. پراب روی سطح حرکت کرده و آنرا روبش میکند. نوک در نزدیکی سطح و بدون برخورد با آن قرار میگیرد تا نیروی جاذبه ضعیف بین تیپ و نمونه را اندازه بگیرد. نیروهای واکنشی دریافت شده در حالت غیرتماسی قدرت تفکیک عمودی بسیار خوبی ایجاد میکند. البته این حالت نمیتواند در محیط مایع کار کند. این مد بیشتر برای هوا مناسب است.

سرعت روبشی این مد نسبت به مد تماسی کمتر است ولی صدمه کمتری به نمونه و تیپ میکروسکوپ وارد میکند.

مُد ضربه ای(Tapping mode)

این حالت نیز مانند حالت بدون تماس است. در این حالت تیرک در حال نوسان است و نوک را برای تماس آهسته به سطح نزدیک میکند. سپس نوک را از سطح دور کرده تا از برخورد و صدمه به آن جلوگیری شود. هنگامی که نوک پروب به سطح نزدیک میشود، دامنه نوسان تیرک کاهش پیدا میکند. با اندازه گیری این دامنه نوسان میتوان به ویژگی های سطحی نمونه پی برد. در این حالت سرعت روبش بسیار پایین است. این حالت برای نمونه های نرم مناسب است.

شرکت تماد کالا آماده ارائه خدمات در زمینه انواع آنالیز میکروسکوپی می باشد.

مزایا و معایب میکروسکوپ نیروی اتمی AFM

مزایا:

• سرعت بالا
• بسیار مناسب برای اندازه گیری زبری و پستی و بلندی های سطحی
• قابل استفاده روی تمام مواد رسانا و غیر رسانا
• سادگی تهیه نمونه
• قابلیت کار در هوا، خلا و مایعات
• قابلیت مطالعه سیستم های زیستی

معایب:

• بازه مطالعه عمودی محدود: بدین معنا که اگر اختلاف ارتفاع و سختی سطح از حد خاصی بیشتر باشد، AFM قادر به تصویربرداری مناسب نمی باشد.
• وابستگی اطلاعات بدست آمده به نوع نوک میکروسکوپ
• امکان آسیب دیدن نوک میکروسکوپ یا نمونه
• نیاز به توجه ویژه برای نمونه های نرم

در فیلم زیر، اصول عملکرد میکروسکوپ نیروی اتمی آموزش داده شده است.