Microscopía de fuerza atómica(atomatic Force MICROSCOPE (afm) es una técnica de microscopía de alta resolución basada en la interacción entre la sonda y la superficie de la muestra, que puede realizar mediciones morfológicas tridimensionales y múltiples análisis de propiedades físicas y químicas de la muestra a escala nanométrica. Su ventaja central es que no se necesita un ambiente de vacío, se pueden medir múltiples materiales (incluidos aislantes) y se puede proporcionar una resolución de microscopía ultraóptica lejana (resolución transversal de 0,1 - 0,2 nanómetros y resolución longitudinal de 0,01 nanómetros). Las siguientes son las principales funciones de medición y escenarios de aplicación de afm:

1. reconstrucción morfológica tridimensional

Escanee la superficie de la muestra a través de la sonda, registre el desplazamiento vertical de la sonda (señal del eje z) y genere una imagen tridimensional de la superficie de alta resolución.

Aplicaciones: análisis de la rugosidad de la superficie de nanomateriales, caracterización de la estructura de dispositivos microelectrónicos, observación de la morfología de la superficie de muestras biológicas (como membrana celular y adn).

Caso: se miden los escalones de la capa atómica única en la superficie del grafeno, con una diferencia de altura de solo 0,34 nanómetros.

2. análisis de la altura y el contorno de los escalones

Medir cuantitativamente el grosor de la película, el diámetro del nanocable, la altura de las partículas y otras dimensiones verticales.

Aplicaciones: evaluación de la calidad de crecimiento de las películas semiconductoras, estadísticas de tamaño de nanopartículas, detección de uniformidad del recubrimiento.

1. módulo de elasticidad y dureza

A través del análisis de la curva de fuerza - distancia, se calcularon el módulo de elasticidad local (módulo joven) y la dureza de la muestra.

Aplicación: estudio sobre la caracterización de las propiedades mecánicas de los materiales poliméricos y la diferencia de dureza de los tejidos biológicos (como cartílagos y células tumorales).

Caso: medir la diferencia en el módulo de elasticidad entre las células cancerosas y las células normales para ayudar en el diagnóstico de cáncer.

2. adherencia y fricción

Medir la adherencia (como la fuerza intermolecular) o la fricción transversal entre la sonda y la superficie de la muestra.

Aplicaciones: evaluación de las propiedades de los materiales lubricantes, estudio de la interacción entre biomoléculas (como proteínas, adn) y sustratos.

1. microscopía de fuerza atómica conductora (c - afm)

Se aplica un voltaje a la sonda para medir la distribución de la corriente en la superficie de la muestra y generar un mapa de conductividad eléctrica.

Aplicaciones: análisis de fugas de dispositivos semiconductores, detección de uniformidad de películas de polímeros conductores, evaluación de la calidad de contacto de electrodos de células solares.

Caso: localizar las microesferas con mala conducción eléctrica en las células solares y optimizar el proceso de fabricación.

2. microscopía de fuerza estática (efm)

Medir la electricidad estática entre la sonda y la superficie de la muestra, reflejando la distribución de la carga superficial o la constante dieléctrica.

Aplicaciones: observación de la estructura de dominio de los materiales ferroeléctricos, análisis de trampas de carga en la superficie de los aislantes.

1. microscopio magnético (mfm)

Utilizando una sonda de recubrimiento magnético, la estructura de dominio magnético de la superficie de la muestra se mapea a través de la interacción magnética.

Aplicaciones: desarrollo de cabezales de disco duro, investigación de disposición de nanopartículas magnéticas, caracterización de dispositivos electrónicos de giro.

Caso: observar el proceso de escritura y lectura de campos magnéticos a nivel nanométrico en medios de almacenamiento magnético.

1. microscopía térmica de barrido (sthm)

La punta de la sonda se calienta y mide la conductividad térmica local para generar un mapa de distribución térmica.

Aplicaciones: optimización de la gestión térmica de dispositivos microelectrónicos, análisis de la conductividad térmica isotrópica de materiales compuestos.

1. microscopía de fuerza química (cfm)

Modificación funcional de la sonda (como la Unión de moléculas específicas) para identificar la composición química de la superficie a través de una fuerza conjunta de enlace químico.

Aplicaciones: detección monomolecular, localización de sitios activos superficiales de catalizadores, reconocimiento de especificidad biomolecular.

2. observación dinámica de muestras biológicas

Monitorear el Movimiento celular, el plegado de proteínas o el proceso de hibridación de ADN en tiempo real en un ambiente líquido.

Caso: observar la distribución dinámica de los receptores en la superficie de la membrana celular viva y estudiar el mecanismo de Acción de los medicamentos.

1. AFM resuelto en el tiempo

El escaneo de alta velocidad (milisegundos) capta cambios en la morfología de la superficie, como la transición de fase, el crecimiento cristalino o los procesos de corrosión.

Aplicación: evolución morfológica del proceso de carga y descarga de electrodos de batería, monitoreo de la etapa inicial de corrosión metálica.

1. AFM - Raman United

Combinando la morfología del AFM con la información química espectral raman, se realiza el análisis simultáneo de "morfología - composición".

Aplicaciones: número de capas y reconocimiento de defectos de materiales bidimensionales (como mos¿ 2), investigación de la interfaz de materiales compuestos de polímeros.

2. AFM - ir

La imagen química a nivel nanométrico se realiza a través de la espectrometría infrarroja mejorada por punta de aguja (ter).

Aplicación: análisis de la composición química de la nanoestructura biomolecular, posicionamiento del centro activo de la superficie del catalizador.