microscopia fuerza atomica
TRANSCRIPT
MICROSCOPÍA DE FUERZAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAATÓMICA
Edith Margarita Hernandez Torres
Microscopías de Sonda de Barrido. (SPM)
La microscopia SPM consiste en una familia de formas de microscopia donde una sonda puntiaguda barre la superficie de una muestra, monitorizándose la interacciones que ocurren entre la punta y la muestra.
Es una herramienta de imagen con un amplio rango dinámico, que abarca los reinos de los microscopios óptico y electrónico. También se le considera como un perfilador con una resolución 3-D.
Las aplicaciones son muy diversas: medidas de propiedades como la conductividad superficial, distribución de carga estática, fricciones localizadas, campos magnéticos, y modulación elástica.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Microscopías de Sonda de Barrido. (SPM)
Las dos principales formas de microscopias SPM son:
1) Microscopía de Tunelamiento.
2) Microscopía de Fuerza Atómica.
Las técnicas de microscopia SPM tienen en común: - Una punta. - Un escaner - Un detector. - Un sistema de aislamiento de vibración. - Una electrónica y/o informática de control.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Principio de Operación de las SPM
La punta se selecciona de acuerdo al tipo de muestra y a las propiedades que se desean obtener; ésta puede ser de diferentes materiales, las más comunes son de Nitruro de Silicio o de Silicio.
El diseño del escáner tiene forma de tubo y es de un material cerámico piezoeléctrico que cambia de dimensiones como respuesta a un voltaje aplicado.
Estos escáneres se caracterizan por tener tres grados de libertad, expandiéndose en una dirección y contrayéndose en otra como resultado del voltaje aplicado a sus electrodos. También se caracterizan por su frecuencia de resonancia, su rango de barrido el cual depende del material piezoeléctrico, sus dimensiones y el voltaje aplicado. El mayor intervalo de operación de un escáner es de »100 micras en movimiento lateral y »10 micras en movimiento vertical.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Principio de Operación de las SPM
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
No se usan lentes. El tamaño de la sonda es la que limita la resolución en vez de los efectos de difracción
Principio de Operación de las SPMPrincipio de Operación de las SPM
Microscopio de Fuerza Atómica.
El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewton. Al analizar una muestra, se registra continuamente la altura sobre la superficie de una sonda o punta cristalina de forma piramidal. La sonda va acoplada a un listón microscópico, muy sensible al efecto de las fuerzas, de sólo unos 200 μm de longitud.
El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología, para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas.
Este tipo de medida se puede realizar en aislantes, semiconductores y conductores.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Principio de funcionamiento AFM.
El Microscopio de Fuerza Atómica monitorea la superficie de la muestra con una punta de radio de curvatura de 20 a 60 nm que se localiza al final de un cantilever, que puede ser de nitruro de silicio. Las fuerzas entre la punta y la muestra provocan la deflexión del cantilever, simultáneamente un detector mide esta deflexión a medida que la punta se desplaza sobre la superficie de la muestra generando una micrografía de la superficie.
Al acercar el cantilever a la superficie de la muestra, las fuerzas entre la punta y la muestra deflectan el cantilever según la ley de Hooke.
F = - k x Ley de Hooke
Varias son las fuerzas que contribuyen a la flexión del cantilever como la fuerza de van der Waals, electrostáticas, de mecánica de contacto, magnéticas y de enlace químico.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Principio de funcionamiento AFM.
La detección de la deflexion del cantilever se realiza mediante la reflexion de un láser hacia un arreglo de fotodiodos.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Microscópio de Fuerza Atómica
Principio de funcionamiento AFM.
El microscopio de AFM puede realizar dos tipos de medidas:
1)imagen y
2)fuerza.
En la modalidad de imagen, la superficie es barrida en el plano de la superficie por la punta. Durante el barrido la fuerza interatómica entre los átomos de la punta y los átomos en la superficie de la muestra, provoca una flexión del cantilever. Esta flexión es registrada por el sensor adecuado y la señal obtenida se introduce en el circuito o lazo de realimentación. La fuerza interatómica se puede detectar cuando la punta está muy próxima a la superficie de la muestra.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA
Principio de funcionamiento AFM.
En medidas de fuerza la punta se hace oscilar verticalmente mientras se registra la flexión del cantilever. Las medidas de fuerza son útiles en estudios de fuerzas de adhesión y permiten estudiar a nivel de una sola molécula interacciones específicas entre moléculas así como caracterizar la elasticidad de polímeros. También es útil en estudios de indentación de materiales blandos (polímeros) que permitan caracterizar propiedades elásticas de la muestra como el módulo de elasticidad o visco elásticas.
El Microscopio de Fuerza Atómica provee la imagen de una superficie sin que intervegan los efectos eléctricos, al medir las fuerzas mecánicas en la punta detectora, por lo que también resulta útil para materiales no conductores.
MICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICAMICROSCOPÍA DE FUERZA ATÓMICA