Соединяя науку и технологии office@sernia.ru
пн-пт 10:00 – 19:00
сб-вс выходные
+7 (495) 204-13-17
8 (800) 301-13-17

Что такое атомно-силовой микроскоп?

Новый современный атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000

Что такое атомно-силовой микроскоп?

Атомно-силовой микроскоп  (АСМ, англ. вариант AFM - atomic-force microscope) - сканирующий зондовый микроскоп (СЗМ) высокого разрешения. Этот вид микроскопа был изобретён в 1986 году Гердом Биннигом, Кэлвином Куэйтом и Кристофером Гербером в Швейцарии. Используется для определения рельефа поверхностей как проводящих, так и непроводящих образцов (в отличие от туннельного микроскопа) с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного, кроме этого, возможно манипулировать отдельными атомами. Ввиду его способности получать данные по силовому воздействию на кантилевер, он назван силовым.

Преимущества  атомно-силовой микроскопии

Атомно-силовая микроскопия является одним из наиболее мощных методов получения изображения нанорельефа и его дальнейшего исследования. Уникальность метода заключается в следующем:

  • высокая разрешающая способность;
  • неразрушающий характер анализа;
  • возможность работы не только в условиях вакуума, но и в среде;
  • получение трехмерного изображения рельефа;
  • анализ шероховатости поверхности образца.

Конструкция  атомно-силового микроскопа 

Внешний вид микроскопа

1.jpgВнешний вид атомно-силового микроскопа рассмотрим на примере FM-Nanoview 1000 AFM - это китайский микроскоп от хорошо зарекомендовавшего себя на международном рынке  производителя высокотехнологичного оборудования - FSM-PRECISION.

Для погашения сейсмических колебаний микроскоп установлен на пневматическую платформу от TMC (рис.1).


Принципиальная схема устройства микроскопа

Электрическая схема

Электрическая схема устройства состоит из следующих компонент:  

- цепь обратной связи (ОС). ОС необходима для поддержания постоянной силы прижатия кантилевера к образцу;
- сигнальный процессор;
- драйвер/коммутатор;
- компьютер управления.
Механическая схема

Механическая схема устройства состоит из следующих элементов:

- виброизолирующей платформы, необходимой для поглощения сейсмических колебания низкой частоты;
- корпуса, в который вмонтированы шаговый двигатель и пьезотрубки для перемещения образца;
- столика, выполненного из металла, с целью избежать изгиба при креплении образца к пьезотрубке;
- образца - исследуемого материала;
- зонда/кантилевера, с помощью которого проводится сканирование поверхности образца;
- опоры – выдвижные механизмы для крепления сканирующей насадки с установленным зондом над поверхностью образца;
- сканирующей насадки, состоящей из лазера с длиной волны излучения порядка 700 нм;
- отклоняющего зеркала с высокой степенью полировки (которое направляет отраженный лазерный пучок от балки кантилевера на фотодиод), а также фотодиода для идентификации положения лазерного пучка на кантилевере, информация с которого поступает на коммутатор для дальнейшей обработки;
- акустической защиты, чаще используется металлический колпак с заземлением (для устранения наведенных токов) и обшивкой выполненной из акустического поролона. 

Устройство атомно-силового микроскопа

Принципиальная схема устройства атомно-силового микроскопа (АСМ) представлена на рис.2.

2.jpg            
Рис.2

Особенности атомного-силового микроскопа FM-Nanoview 1000 AFM 

Отличительные черты атомно-силового микроскопа FM-Nanoview 1000 AFM FSM-PRECISION:

  • невысокая стоимость на фоне вполне конкурентных характеристик, такими как разрешение по XY и Z; 
  • в комплект поставки входит акустический бокс и подвесная система на металлических пружинах, что отсутствует у конкурентов;
  • уже установлена видеокамера для настройки лазерного пучка на балку кантилевера, а также для выбора области исследования на образце;
  • микроскоп оснащен программным обеспечением с интуитивно-понятным интерфейсом;
  • все операции по обработке изображений выполняются классическом ПО Gwyddion, что является дополнительным плюсом;
  • микроскоп имеет базовую атомно-силовую сменную насадку и дополнительную туннельную насадку, для исследования проводящих образцов и снятию вольт-амперных характеристик I(V).

Исследования на атомно-силовом микроскопе FM-Nanoview 1000 AFM       

Для первоначальной проверки в научно-исследовательской лаборатории "Сернии Инжиниринг" были выбраны ряд тестовых образцов: 

- ячеистая сетка; 
- кожа.  

Исследование "ячеистой сетки"

На рисунке 3 продемонстрированы результаты исследования тестовой структуры "ячеистая сетка":
- на рисунке 3(а)  - 2D профиль тестовой структуры "ячеистая сетка";
- на рисунке 3(б)  - трехмерное изображение тестовой структуры "ячеистая сетка".
3 a b.JPG
Рис.3 а,б

Кроме этого были произведены замеры профиля впадин для анализа их глубины, что продемонстрировано на рисунке 4. На вкладке (а) выбраны сечения анализа, а на вкладке (б) приведен профиль по выбранным сечениям.

4 a b.JPG

Рис.4

В дополнении к предыдущим параметрам были получены результаты измерения шероховатости по выбранной линии, представленной на рисунке 5(а), результаты расчетов параметра Ra приведены на рисунке 5(б).

5 a b.JPG

Рис.5

Исследование кожи

Также в качестве тестового образца был выбран образец кожи, на котором применялась методика аналогичная с предыдущей, а именно: сняты двух- и трехмерные картины поверхности (рисунок 6). 

6 a b.JPG

Рис.6

Вместо вывода 

В начале сентября этого года два сотрудника лаборатории поехали проводить тестирование китайского микроскопа FM-Nanoview 1000 AFM. По итогам проведенных тестовых испытаний "Серния Инжиниринг" закупила атомно-силовой микроскоп (АСМ) и стала официальным дилером компании FSM-PRECISION.

Микроскоп был представлен нами на международной выставке Testing&Control 2018, проходившей в Крокус Экспо 23-25 октября 2018 года, в настоящее время доступен к демопоказу в нашей лаборатории.

Атомно-силовой микроскоп Nanoview 1000

Если Вам необходимо получить более подробную информацию об атомно-силовой микроскопии, обращайтесь в нашу компанию. Наши специалисты проведут для Вас демонстрационные работы и проконсультируют по стоимости оборудования. Вы также можете заказать проведение исследований на атомно-силовом микроскопе Nanoview 1000 в нашей лаборатории.
Присылайте свои вопросы на электронную почту: info@sernia.ru.