Атомно - силовой микроскоп(Atomic Force Microscope, AFM) - это микроскопическая технология с высоким разрешением, основанная на взаимодействии зонда с поверхностью образца, которая позволяет проводить трехмерные морфологические измерения образцов и различные физические и химические свойства в наномасштабе. Его основные преимущества заключаются в том, что он не требует вакуумной среды, может измерять множество материалов (включая изоляторы) и обеспечивает разрешение дальней ультраоптической микроскопии (с поперечным разрешением 0,1 - 0,2 нм и продольным разрешением 0,01 нм). Ниже приведены основные измерительные функции и сценарии применения AFM:

1) Трехмерная реконструкция

Сканируя поверхность образца с помощью зонда, регистрируя вертикальное смещение зонда (сигнал оси Z), создается трехмерное изображение поверхности с высоким разрешением.

Применение: анализ шероховатости поверхности наноматериалов, структурные характеристики микроэлектронных устройств, наблюдение за поверхностной морфологией биологических образцов (например, клеточных мембран, ДНК).

Пример: измерение одноатомных ступеней на поверхности графена с разностью высот всего 0,34 нм.

2 Анализ высоты и контура ступеней

Количественные измерения толщины пленки, диаметра нанолиний, высоты частиц и других вертикальных размеров.

Применение: оценка качества роста полупроводниковой пленки, статистика размеров наночастиц, проверка однородности покрытия.

Модуль упругости и твердость

При анализе кривой силы - расстояния (Force - Distance Curve) рассчитывается локальный модуль упругости образца (Young 's Modulus) и твердость.

Применение: исследование механических характеристик свойств полимерных материалов, различий в твердости биологических тканей (например, хряща, опухолевых клеток).

Пример: измерить разницу в модуле упругости между раковыми клетками и нормальными клетками, чтобы помочь в диагностике рака.

2. адгезия и трение

Измеряет адгезию (например, межмолекулярное взаимодействие) или поперечное трение между зондом и поверхностью образца.

Применение: оценка свойств смазочных материалов, исследования взаимодействия биомолекул (например, белков, ДНК) с фундаментом.

Проводящий атомный силовой микроскоп (C - AFM)

Направляйте напряжение на зонд, измеряйте распределение тока на поверхности образца и создавайте карту электропроводности.

Применение: анализ утечки полупроводниковых приборов, определение однородности проводящих полимерных пленок, оценка качества контакта электродов солнечных батарей.

Пример: позиционирование плохо проводящих микрозон в солнечных батареях, оптимизация производственных процессов.

Статический электрический микроскоп (EFM)

Измеряет статическую мощность между зондом и поверхностью образца, отражая распределение поверхностного заряда или диэлектрическую константу.

Применение: наблюдение структуры домена ферроэлектрического материала, анализ ловушки заряда на поверхности изолятора.

Магнитный микроскоп (MFM)

Используя зонд с магнитным покрытием, структура домена на поверхности образца отображается магнитным взаимодействием.

Применение: разработка жестких дисковых головок, исследование расположения магнитных наночастиц, представление спиновых электронных устройств.

Пример: Наблюдение за процессом записи и чтения нанометровых доменов в магнитной среде хранения.

Сканирующий тепловой микроскоп (STHM)

Конец зонда нагревается и измеряет местную теплопроводность, создавая карту распределения тепла.

Применение: оптимизация теплового управления микроэлектронными устройствами, анализ анизотропии тепловой проводимости композитов.

Химический силовой микроскоп (CFM)

Функциональная модификация зонда (например, соединение конкретных молекул), чтобы идентифицировать химический состав поверхности с помощью химических связей.

Применение: Монолекулярное обнаружение, позиционирование поверхностно - активных участков катализатора, идентификация биомолекулярной специфичности.

2.Динамическое наблюдение биологических образцов

Мониторинг движения клеток, сворачивания белков или процесса скрещивания ДНК в жидкой среде в режиме реального времени.

Пример: Наблюдение за динамическим распределением рецепторов на поверхности мембраны живых клеток, изучение механизмов действия лекарств.

Время, чтобы отличить AFM

Высокоскоростное сканирование (миллисекундный уровень) захватывает изменения формы поверхности, такие как фазовый переход, рост кристаллов или процессы коррозии.

Применение: морфологическая эволюция процесса зарядки и разрядки аккумуляторных электродов, мониторинг начальных этапов коррозии металлов.

1, AFM - Raman комбинированный

Сочетание морфологии AFM с спектральной химической информацией Рамана для достижения синхронного анализа « морфология - компонент».

Применение: 2 - мерные материалы (например, MoSneneneed) для распознавания слоев и дефектов, исследования интерфейса полимерных композитов.

AFM - инфракрасное подключение

Улучшенная инфракрасная спектроскопия (TERS) с помощью кончиков игл обеспечивает химическую визуализацию наноуровня.

Применение: анализ химического состава биомолекулярных наноструктур, позиционирование поверхностно - активных центров катализатора.