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

Режимы сканирования в атомно-силовой микроскопии (АСМ)

Атомно-силовой микроскоп FM-Nanoview 1000 AFM

Кратко об атомно-силовом микроскопе (АСМ)

Атомно-силовой микроскоп (АСМ) принадлежит к классу сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ) высокого разрешения. Ввиду того, что АСМ способен получать данные по силовому воздействию на кантилевер, он получил название силовой. 

АСМ используется для определения рельефа поверхностей как проводящих, так и непроводящих образцов (в отличие от туннельного микроскопа) с разрешением от десятка до доли ангстрем. 

Уникальность метода заключается в высокой разрешающей способности, неразрушающем характере анализа, возможности работы не только в условиях вакуума, но и в среде, а также в получении трехмерного изображения рельефа.
См.подробнее об атомно-силовой микроскопии и АСМ Nanoview 1000 >>>

Режимы сканирования в АСМ

Существуют несколько вариантов сканирования:

  • сканирование иглой;
  • сканирование образцом.
В конструкции сканирования иглой, чаще всего применяются пьезоэлектрические призмы, которые и перемещают иглу, эта конструкция довольно сложная и дорогая. 

Для сканирования образцом применяется один пьезокерамический элемент, чаще состоящий из двух пьезокерамик, который позволяет перемещать образец под иглой. 

1.jpg

Режимы работы атомно-силового микроскопа (АСМ)

1. Контактный режим работы

Один из наиболее распространенных режимов работы микроскопа. Сам атомно-силовой микроскоп является аналогом профилометра, который анализирует более крупные шероховатости. 

В этом режиме остриё кантилевера находится в непосредственном контакте с поверхностью исследуемого образца. Сканирование осуществляется, как правило, в режиме выбранной оператором силы, когда система обратной связи поддерживает постоянной величину изгиба консоли. Изгиб консоли ΔZ, пропорциональный силе, действующей на зонд со стороны поверхности, записывается для каждой точки в строке сканирования. Изображение в описанном режиме представляет собой пространственное распределение силы взаимодействия зонда с поверхностью. 

Преимущества:

  • наибольшая, по сравнению с другими методами, помехоустойчивость;
  • наибольшая достижимая скорость сканирования;
  • обеспечивает наилучшее качество сканирования поверхностей с резкими перепадами рельефа;
  • возможность создания карт распределения латеральных сил.
Недостатки:
  • возможная модификация кантилевера;
  • движение с залипанием иглы;
  • образование артефактов, связанных с наличием тангенциальных сил, воздействующих на зонд со стороны поверхности;
  • при сканировании в атмосфере (на воздухе или любой другой среде) на зонд действуют капиллярные силы, внося погрешность в определение высоты поверхности;
  • практически непригоден для изучения объектов с малой механической жёсткостью (органические материалы, биологические объекты).

2. Динамический полуконтактный режим (теппинг режим)

В этом режиме происходит (от англ."to tap") «постукивание» зондом по поверхности образца, которое возбуждается внешним пьезоэлементом на резонансной частоте. При достаточно большой амплитуде кантилевер разрывает установившуюся связь с образцом на каждом периоде «постукивания», таким образом, нивелируется влияние сил трения и капиллярного залипания. 

Преимущества:

  • высокое разрешение даже на мягких образцах;
  • минимальное воздействие и повреждение исследуемого образца;
  • малая чувствительность к капиллярным силам со стороны поверхности образца.
Недостатки:
  • низкая скорость сканирования, в сравнении с контактным режимом;
  • стабильная работа обратной связи микроскопа;
  • высокий уровень защиты от внешних воздействий. 

Правильный выбор соотношения образец/методика измерения – это залог качественных результатов. После выбора методики, естественно, важную роль играет: 

  • выбор кантилевера (его радиус закругления и наличие/отсутствие дополнительного отражающего слоя, а также вариант крепления балки с зондом к основанию); 
  • правильный подбор акустической и вибропоглощающей защиты. 

Применение АСМ 

 

Результаты исследований на микроскопе Nanoview-1000 представлены на XLIX международной Тулиновской конференции в 2019 году по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами. Исследовались поверхности титана (образцы титана ВТ1-0 и Grade 4) для медицинских имплантов, применяемых в ортопедии и сердечно-сосудистой хирургии после кластерной обработки ионами Ar+ на наношероховатость.

Выводы

  • Для исследования твердотельных (жёстких) немагнитных образцов лучше всего подходит контактный метод с прямолинейным креплением зонда к основанию. К примеру, для анализа морфологии при создании CD, DVD, Bluray дисков, для исследования морфологии напыленных металлических пленок, либо после процесса шлифовки. Также применим для изучения процесса образования Al островков на поверхности сапфира после облучения электронным пучком, кроме этого наноалмазных структур выращенных CVD методом и многое другое. Этот метод применяется для исследования шероховатостей поверхности. При использовании этого метода необходимо не забывать, что со временем сканирования игла стачивается и радиус закругления увеличивается, а также, что могут происходить налипания «пылинок» на иглу, что приведет к изменению в изображении;
  • Полуконтактный метод применяется на образцах, которые подвержены деформации (хрупкие, сыпучие/порошки, жидкие и вязкие), а также с целью минимизации процесса деформации образца из-за трения кантилевера о поверхность образец в процессе сканирования, т.к. в этом методе происходит «постукивание» по образцу иглой. Это могут быть образцы ДНК, углеродных нанотрубок (УНТ), графен, полимеры (к примеру ПММА), крахмал и многих других образца. Также этот метод является приоритетным в вопросе получения высокого разрешения на вязких образцах в сравнении с контактным. 
Если Вам необходимо получить более подробную информацию по 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 или позвоните нам: +7 (495) 204 13 17.