آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی- (Atomic Force Microscope (AFM

آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی یا AFM یکی از انواع میکروسکوپ های خانواده میکروسکوپ های روبشی می‌باشد که توانایی تصویر برداری از سطوح گوناگون را دارد. این میکروسکوپ توانایی تصویر برداری از کلیه سطوح از جمله سطوح غیر رسانا را نیز دارد و در دو حالت تماسی و غیر تماسی تصویر برداری را انجام می دهد. اساس ایجاد تصویر در میکروسکوپ AFM، نیروی مابین نوک سوزن میکروسکوپ و سطح نمونه می‌باشد. سطح ماده با یک سوزن با قطر نوک حدود ۱۰۰ آنگستروم روبش می شود. سوزن میکروسکوپ در بخش انتهایی یک تیرک یا cantilever به طول حدودی ۱۰۰ تا ۲۰۰ میکرو متر قرار گرفته است که عموماً از موادی سیلیکون ساخته شده است که تیرک به یک پیزوالکتریک متصل می باشد. هنگامی که سوزن روی سطح ماده حرکت می کند به دلیل پستی بلندی های سطح ماده، نیرویی از سمت ماده به سوزن اعمال می شود که این امر باعث خمش و یا انحراف تیرک می گردد. این انحرافات رابطه مستقیم با نیروی وارد شده به سوزن دارد. آشکارساز AFM با محاسبه این انحرافات در حین روبش سطح ماده میزان پستی و بلندی هر نقطه از سطح را بدست می‌آورد و نرم افزار دستگاه این امکان را دارد تا تصویر پردازش شده‌ای از پستی و بلندی های سطحی (توپوگرافی سطحی) را ایجاد کند.

یکی از کاربرد‌های مهم آنالیز AFM به غیر تصویر برداری، اندازه گیری زبری سطح مخصوصاً زبری‌های نانو متری است که اندازه گیری این زبری‌ها با تصویر برداری SEM ممکن نیست و یا دشوار است. یکی از کاربرد‌های دیگر AFM، اندازه گیری ضخامت پوشش‌های نانو متری است. برای اندازه گیری ضخامت پوشش به وسیله AFM قبل از پوشش‌دهی باید بخشی از نمونه با یک لایه (مانند چسب نواری یا پوشش پلیمری) پوشانده شود و بعد از پوشش‌دهی لایه پوشاننده حذف شود تا منطقه آی از نمونه بدون پوشش باشد، بعد می توان با بررسی ارتفاع نمونه ضخامت پوشش را بدست آورد. بر این مبنا AFM کاربرد‌های متنوعی و گسترده‌ای در زمینه‌های مختلف علمی و پژوهشی دارد.

مشخصات دستگاه AFM

  • مدل دستگاه اول : Vecco
  • دقت : یک نانو متر

نام دستگاه دوم :

  • کمپانی سازنده : BRUKER
  • مدل دستگاه : ICON
  • کشور سازنده : آمریکا

کاربردهای آنالیز AFM

  • تصویر برداری سه بعدی از سطوح مختلف
  • اندازه گیری زبری
  • اندازه گیری ضخامت پوشش
  • بررسی ساختار سه بعدی نمونه‌های لیتوگرافی
  • اندازه گیری سختی نمونه در نقاط مختلف نمونه (نانو سختی سنجی)
  • تعیین مدول الاستیک در مناطق مختلف نمونه

شرایط نمونه برای آنالیز AFM

برای انجام آنالیز AFM نمونه‌ها باید ابعادی کوچکتر از ۲۰ در ۲۰ میلی‌متر داشته باشند و ضخامت نمونه کمتر از ۵ میلی‌متر داشته باشد. برای تصویر برداری از نمونه‌های پودری باید ابتدا متقاضی نمونه را در محیط مناسب (آب، الکل، استون و …) دیسپرس کند و چند قطره از کلویید بدست آمده را روی لام بریزد و اجازه دهد تا کاملا خشک شود و سپس لام (ابعاد لام باید در اندازه مجاز باشد) را برای آنالیز ارسال کند. برای استفاده از مد تماسی سطح نمونه باید صاف باشد (زبری کمتر از ۵ میکرومتر) و نمونه سخت باشد.

نتایج آنالیز AFM به صورت زیر ارائه می‌شود:

نتایج آزمون AFM  به صورت داده‌های خام است که برای تبدیل شدن به تصویر نیازمند پردازش نرم افزاری است از این رو نتایج آنالیز AFM به صورت یک پوشه ارسال می‌شود که این پوشه حاوی یک عکس پردازش شده برای هر نمونه، فایل خام نتایج و یک نرم افزار برای تحلیل نتایج عکس‌ها است.  با استفاده از نرم افزار می‌توان نمای دید، زاویه تابش نور، رنگ و  سایر مشخصات تصویر را تغییر داد تا به تصویر مناسب رسید.

 

نکات مهم

قبل از ارسال نمونه ها نکات زیر را مد نظر قرار دهید:
۱- از آنجایی که حالت انجام آزمایش تماسی است، نمونه های درخواستی مناسب تر است تا سخت باشند.
۲- اندازه نمونه ها باید در حدی باشد که داخل دستگاه قرار گیرد و از ۲ سانتی متر در ۲ سانتی متر بزرگتر نباشد.
۳- سطح نمونه ها باید صاف باشد.
۴- نمونه های پودی را ابتدا در حلالی دیسپرس کرده و سپس محلول را روی لام قرار داده و ارسال بفرمایید.
۵- حداکثر زبری سطح باید ۵ میکرون باشد. دقت تصویربرداری ۰/۱ نانومتر است.
۶- متقاضیان در صورتی که ابعاد خاصی را مد نظر داشته باشند حتما باید ذکر کنند. در غیر این صورت با توجه به جنس نمونه تصویربرداری با بهترین ابعاد بنا به تشخیص اپراتور انجام می گیرد.
۷- به منظور تعیین مدول الاستیکی ابتدا با مهامکس تماس بگیرید. در حال حاضر شرایط انجام تعیین مدول میسر نمی باشد.