میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) دستگاهی است که برای بررسی خواص و ساختار سطحی مواد در ابعاد نانومتر بکار می رود. انعطاف پذیری، سیگنالهای بالقوه متعدد، و امکان عملکرد دستگاه در مدهای مختلف محققین را در بررسی سطوح گوناگون، تحت شرایط محیطی متفاوت توانمند ساخته است. این دستگاه را بینینگ و همکارانش در سال 1981 طراحی کردند.
این دستگاه امکان عملکرد در محیط خلاء، هوا، و مایع را دارد. با این دستگاه امکان بررسی سطوح رسانا یا عایق، نرم یا سخت، منسجم یا پودری، بیولوژیک و آلی یا غیر آلی وجود دارداین دستگاه امکان تصویر برداری از ساختارهای نانویی نمونه های زنده را امکان پذیر می سازد.خواص قابل اندازه گیری با این دستگاه شامل مورفولوژی هندسی، توزیع چسبندگی، اصطکاک، ناخالصی سطحی، جنس نقاط مختلف سطح، کشسانی، مغناطیس، بزرگی پیوندهای شیمیایی، توزیع بارهای الکتریکی سطحی، و قطبش الکتریکی نقاط مختلف می باشد. در عمل از این قابلیت ها برای بررسی خوردگی، تمیزی، یکنواختی، زبری، چسبندگی، اصطکاک، اندازه و غیره استفاده می شود.
اصول کلی کار بدین صورت است که یک سوزن بسیار تیز و ظریف به نوک یک شیء با قابلیت ارتجاع به نام تیرک وصل شده و سر دیگر تیرک به یک بازوی پیزوالکتریک متصل شده است. پشت لرزانک با یک لایه نازک از فلز، برای بهبود انعکاس باریکه لیزر از آن، روکش شده است. انعکاس باریکه لیزر به منظور آگاهی از جهت گیری تیرک در فضا است. با اعمال اختلاف ولتاژهای مناسب به پیزوالکتریک می توان آن را به هر نقطه دلخواه از فضای سه بعدی، با دقت آنگستروم، منتقل کرد.
از طرفی به هنگام مجاورت سوزن با سطح نمونه، نیرویی به سوزن وارد میشود که بزرگی و جهت آن وابسته به فاصله نوک سوزن از سطح و همچنین نوع سطح است. نیروی ناشی از سطح باعث خم شدن تیرک می شود و باریکه لیزر در صفحه عمود بر افق جابجا می شود. درنتیجه با آگاهی از میزان خمیدگی تیرک توسط دیودهای نوری و از طرفی معلوم بودن مکان انتهایی تیرک، موقعیت فضایی سوزن مشخص می شود. از سوی دیگر میزان خمیدگی تیرک بیانگر فاصله سوزن از سطح است که با توجه به مشخص بودن موقعیت فضایی سوزن، موقعیت فضایی سطح تعیین می شود.
با تغییر پیوسته اختلاف ولتاژهای اعمال شده به پیزو الکتریک، سوزن سطح نمونه را جاروب می کند و با مکانیسم یاد شده موقعیت تک تک نقاط سطح معین می شود و نتیجه در نمایشگر یک کامپیوتر به صورت یک سطح سه بعدی رسم میشود. در میکروسکوپ AFMاز نیروی بین سوزن و نمونه در مد کاری نیروی ثابت برای تصویر برداری استفاده می شود.
بنابراین تنظیم نیروی مناسب در کیفیت تصویر بسیار اثر می گذارد. وقتی میکروسکوپ نیروی اتمی از یک نمونه خشک با سرعت بالایی تصویر برداری می کند، تصاویر شفاف و واضح هستند؛ اما در محیط مرطوب تصاویر به دست آمده مشوش خواهند بود. این اغتشاشات شدیدا به گرانروی سینماتیکی مربوط هستند. یک راه حل برای این مشکل اعمال یک نیروی بارگذاری به پروب پویشگر است؛ به طوری که این نیرو در جهت خلاف نیروی ایجاد شده در اثر چسبناکی بین پروب و سیال عمل کند.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
