пн-пт  10:00 - 19:00
г. Москва
+7 (495) 204 13 17
г. Санкт-Петербург
+7 (812) 509 20 91

Атомно-силовая микроскопия и микроскопы (АСМ). Часть 1

предыдущий следующий
12 Августа 2020
Атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000 AFM
Документация
pdf
ASM-PART-1.pdf
(PDF, 1.59 МБ)

Атомно-силовой микроскоп (АСМ)

Атомно-силовой микроскоп (АСМ, англ. AFM — atomic-force microscope) – сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения. АСМ используют для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного (и даже субатомарного).

Атомно-силовые микроскопы (АСМ) используются для исследования следующих материалов: твердотельные, полимерные, биологические, измерения в жидкости, нанолитография. 

Принцип работы АСМ

Принцип работы атомно-силового микроскопа основан на регистрации силового взаимодействия между поверхностью исследуемого образца и зондом (рис. 1). Зонд представляет собой наноразмерное остриё, располагающееся на конце упругой консоли (кантилевер). На зонд со стороны поверхности действует сила, которая приводит к изгибу кантилевера. Изменение топологии поверхности образца под зондом приводит к изменению силы, действующей на зонд, а значит, и к изменению величины изгиба кантилевера.

Рисунок 1 - Общая схема работы атомно-силового микроскопа.jpg

Рисунок 1 - Общая схема работы атомно-силового микроскопа

Регистрируя величину изгиба, можно получить изображение рельефа поверхности. Силы Ван-дер-Ваальса – короткодействующие силы, которые используют в первую очередь для описания взаимодействия зонда и образца [1]. Они включают в себя составляющие разного знака и на больших расстояниях обеспечивают притяжение, а на малых – отталкивание.

Режимы работы АСМ

Существует три режима работы атомно-силового микроскопа:

  • контактный (англ. contact mode),
  • «полуконтактный» (англ. semi-contact mode или tapping mode),
  • бесконтактный (англ. non-contact mode).

Рисунок 2 - Зависимость силы Ван-дер-Ваальса.png

Рисунок 2 - Зависимость силы Ван-дер-Ваальса Fz от расстояния z и режимы работы атомно-силового микроскопа 

Расстояния, на которых действуют силы Ван-дер-Ваальса, составляют до несколько нанометров (рис. 2). Весь спектр сил Ван-дер-Ваальса вплоть до сил Казимира описывается теоретической моделью, предложенной Дзялошинским, Лифшицем и Питаевским в 1961 году [2].

АСМ FM-Nanoview 1000 AFM 

Современный рынок предоставляет большую номенклатуру атомно-силовых микроскопов, ориентированных на различные ценовые сегменты и исследовательские задачи. Для измерений шероховатости поверхности существует недорогое решение от китайского производителя SUZHOU FLYINGMAN PRECISION INSTRUMENTS CO., LTD. (FSM-PRECISION) - атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000 AFM (рис.3). 

Применение АСМ FM-Nanoview 1000 AFM 

Атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000 AFM используется для анализа шероховатости, как в контактном, так и в полуконтактном режиме. Использование микроскопа в полуконтактном режиме позволяет анализировать образцы как твердотельные, так и порошкообразные.  

nanoview-1000.png

Рисунок 3 - Атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000

Данный микроскоп хорошо продемонстрировал свои возможности при работе с различными поверхностями (рис. 4-6). Помимо конструктивных особенностей, он также обладает быстрой скоростью сканирования и прост в использовании (посмотрите демонстрационное видео исследовательской лаборатории ООО "Серния Инжиниринг").



Рисунок 4 – Поверхность алюминия на сапфире.png

Рисунок 4 – Поверхность алюминия на сапфире

Рисунок 5 – Исследование поверхности кварцевой линзы.png

Рисунок 5 – Исследование поверхности кварцевой линзы

Рисунок 6 (а) – Исследование наноалмаза на поверхность кремния.png

Рисунок 6 (а) – Исследование наноалмаза на поверхность кремния  

Рисунок 6 (б) – Исследование наноалмаза на поверхность кремния.png

Рисунок 6 (б) – Исследование наноалмаза на поверхность кремния

Особенности работы на АСМ FM-Nanoview 1000 AFM 

Требование к подготовке образцов для эффективной работы FM-Nanoview 1000 AFM - локальный перепад высоты не должен превышать 2/3 высоты иглы зонда АСМ (может быть различной). 

Использование кантилевера для образцов с большими перепадами высот ( свыше 500 нм) приводит к затуплению острия кантилевера, что не позволяет в дальнейшем приблизиться к нижней части топографической структуры образца. 

Данный эффект вносит искажение в анализ параметров поверхности. Соответственно, по мере увеличения радиуса закругления кантилевера значение шероховатости уменьшается. По этой причине во время измерений шероховатости необходимо сохранять остроту кантилевера.


*При подготовке статьи были использованы следующие материалы: 
  1. Суслов А. А., Чижик С. А. Сканирующие зондовые микроскопы (обзор) // Материалы, Технологии, Инструменты — Т.2 (1997), № 3, С. 78-89
  2. I. D. Dzyaloshinskii, E. M. Lifshitz, and L. P. Pitaevskii, Usp. Fiz. Nauk 73, 381 (1961)
Если Вам необходима консультация специалиста по атомно-силовой микроскопии, заинтересовал АСМ FM-Nanoview 1000 AFM  -  обращайтесь в ООО "Серния Инжиниринг":  +7 (495) 204 13 17, info@sernia.ru
ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ:

  1. Цикл статей об атомно-силовой микроскопии и микроскопах (АСМ). Часть 2 – «Применение АСМ в анализе отказов» >>>