Принцип на работа и приложения на атомно-силови микроскопи
Микроскопът с атомна сила е сканиращ сондов микроскоп, разработен въз основа на основните принципи на сканиращия тунелен микроскоп. Появата на атомно-силовата микроскопия несъмнено изигра движеща роля в развитието на нанотехнологиите. Микроскопията със сканираща сонда, представена от атомно-силовата микроскопия, е серия от микроскопи, които използват малка сонда за сканиране на повърхността на проба, осигурявайки наблюдение с голямо увеличение. Микроскопското сканиране с атомна сила може да предостави информация за състоянието на повърхността на различни видове проби. В сравнение с конвенционалните микроскопи, предимството на атомно-силовата микроскопия е, че може да наблюдава повърхността на пробите при голямо увеличение при атмосферни условия и може да се използва за почти всички проби (с определени изисквания за гладкост на повърхността), без необходимост от други процедури за подготовка на пробите, за получаване на три-измерни морфологични изображения на повърхността на пробата. И може да извършва изчисляване на грапавостта, дебелината, ширината на стъпката, блокова диаграма или анализ на размера на частиците върху три-измерното морфологично изображение, получено от сканиране.
Микроскопията с атомна сила може да открие много проби, да предостави данни за изследване на повърхността и контрол на производството или разработване на процеси, които не могат да бъдат предоставени от конвенционалните сканиращи измерватели на грапавостта на повърхността и електронните микроскопи.
1, Основни принципи
Микроскопията с атомна сила използва силата на взаимодействие (атомна сила) между повърхността на пробата и върха на фината сонда за измерване на повърхностната морфология.
Върхът на сондата е върху малка гъвкава конзола и взаимодействието, генерирано при контакт на сондата с повърхността на пробата, се открива под формата на отклонение на конзолата. Разстоянието между повърхността на пробата и сондата е по-малко от 3-4nm, а силата, открита между тях, е по-малка от 10-8N. Светлината от лазерния диод се фокусира върху гърба на конзолата. Когато конзолата се огъва под действието на сила, отразената светлина се отклонява и се използва позиционно чувствителен фотодетектор, за да се отклони ъгълът. След това събраните данни се обработват от компютър, за да се получи триизмерно изображение на повърхността на пробата.
Пълна конзолна сонда се поставя върху повърхността на пробата, контролирана от пиезоелектричен скенер и сканирана в три посоки с ширина на стъпката от 0,1 nm или по-малко с хоризонтална точност. Обикновено при подробно сканиране на повърхността на пробата (ос XY), оста Z-, контролирана от обратната връзка за изместване на конзолата, остава фиксирана и непроменена. Стойностите на оста Z-, които осигуряват обратна връзка за реакцията на сканиране, се въвеждат в компютъра за обработка, което води до изображение за наблюдение (3D изображение) на повърхността на пробата.
