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Microscope à force atomique

NégociableMise à jour sur01/12

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Vue d'ensemble

La microscopie à force atomique est un puissant outil de caractérisation à l'échelle nanométrique qui reconstitue la topographie tridimensionnelle d'une surface en percevant les forces extrêmement faibles entre la sonde et l'échantillon. Ses points forts sont sa haute résolution, ses capacités d’imagerie tridimensionnelle et sa capacité à étudier des échantillons dans des conditions proches de la nature, en particulier dans des liquides, ce qui en fait un « œil» et une « main» dans les domaines des sciences des matériaux, des sciences de la vie et des nanotechnologies.

Détails du produit

I. qu'est - ce qu'un microscope à force atomique?

Un microscope à force atomique est un microscope à sonde à balayage ultra - haute résolution avec une résolution à l'échelle nanométrique, voire atomique. Son principe de base est très simple: la topographie tridimensionnelle et les propriétés physiques de la surface de l'échantillon sont perçues par une sonde extrêmement fine qui « touche» doucement ou scanne la surface de l'échantillon.

La chose la plus étonnante est que l'AFM n'a pas besoin de travailler dans un environnement sous vide comme un microscope électronique, il peut fonctionner dans un environnement atmosphérique, un environnement liquide ou même sous vide. Cela lui permet d'observer des échantillons de macromolécules biologiques (par exemple, protéines, ADN), de cellules vivantes, etc., qui ne peuvent pas être directement observées au microscope électronique, ce qui est un énorme avantage pour elle.

II. Principe de fonctionnement

L'AFM fonctionne de la même manière que l'ancien phono - phonographique lit les sillons de disques, mais avec une précision de plusieurs ordres de grandeur. Ses principaux composants sont:

1, poutre micro Cantilever: un petit Cantilever extrêmement élastique.

2, sonde: une pointe extrêmement pointue située à l'extrémité de la poutre en porte - à - faux, le rayon de courbure peut atteindre le niveau nanométrique.

Système d'émission laser et de détection de position: un faisceau laser frappe l'arrière de la poutre en porte - à - faux et se réfléchit sur un photodétecteur de quatre quadrants.

Scanner piézoélectrique: un matériau céramique capable de réaliser un positionnement précis à l'échelle nanométrique, peut contrôler la sonde ou l'échantillon pour effectuer un mouvement précis dans les trois directions x, y, Z.

Processus de travail (prenez le mode de contact comme exemple):

1, Contact: Approchez progressivement la sonde pointue de la surface de l'échantillon jusqu'à ce qu'elle produise une faible force d'interaction avec les atomes de la surface de l'échantillon (principalement la force de Van der Waals).

2, balayage: le scanner piézoélectrique entraîne la sonde sur la surface de l'échantillon pour un balayage progressif (balayage de grille).

3, déformation perceptuelle: lorsque la sonde est scannée à un endroit avec des ondulations sur la surface, la force entre la pointe de l'aiguille et l'échantillon change, ce qui entraîne une flexion (déformation) de la poutre micro - cantilever.

4, détection de la déformation: la flexion de la poutre Cantilever changera la direction du faisceau laser réfléchi, de sorte que la position du spot sur le photodétecteur change. Ce changement de position est enregistré avec précision.

5, boucle de rétroaction: le système à travers une boucle de rétroaction, ajuste la hauteur du scanner piézoélectrique dans la direction Z en temps réel pour maintenir la déformation de la poutre Cantilever (c'est - à - dire la force entre la sonde et l'échantillon) constante.

6, imagerie: l'ordinateur enregistre la valeur de la variation d'altitude de la direction Z nécessaire pour maintenir la force constante du scanner à chaque point (coordonnées x, y). En combinant ces données, on obtient une topographie tridimensionnelle de la surface de l'échantillon.

Iii. Principaux modes de travail

L'AFM a une variété de modes de fonctionnement pour s'adapter à différents besoins d'échantillon et de mesure, qui sont principalement divisés en trois catégories:

1. Mode de contact

Principe: la sonde est en contact direct avec la surface de l'échantillon (mode répulsif), la poutre Cantilever est à moins de quelques nanomètres de la surface de l'échantillon.

Avantages: haute résolution, numérisation rapide.

Inconvénients: les forces latérales peuvent endommager ou déplacer des échantillons souples tels que des échantillons biologiques.

2. Mode Tap

Principe: faire osciller la poutre Microcantilever autour de sa fréquence de résonance, la sonde ne "tapotant" brièvement la surface de l'échantillon qu'au bas de chaque période d'oscillation. Rétroaction de la topographie de surface en détectant les variations de l'amplitude de l'oscillation.

Avantages: réduit considérablement les forces latérales, idéal pour l'observation d'échantillons mous, fragiles ou adhérents (par exemple, bio, matériaux macromoléculaires), l'un des modes les plus utilisés.

Inconvénients: la vitesse de numérisation est légèrement plus lente que le mode contact.

3. Mode sans contact

Principe: la sonde vibre au - dessus de la surface de l'échantillon (à une distance de quelques à quelques dizaines de nanomètres) et est imagée en détectant les variations des forces à longue portée (p. ex. forces de vanderwards, forces électrostatiques) entre l'échantillon et la pointe de l'aiguille.

Avantage: presque zéro dommage à l'échantillon.

Inconvénients: la résolution est faible et il est souvent nécessaire de travailler dans un environnement sous vide pour exclure les interférences de l'amortissement de l'air.

Iv. Principaux domaines d'application

La puissance de l'AFM lui permet d'être utilisé dans de nombreux domaines:

1, science des matériaux:

Observez la topographie et la structure des nanomatériaux (par exemple, le Graphène, les nanotubes de carbone).

Étudier la rugosité de surface, les limites des grains, les défauts des métaux, des semi - conducteurs, des céramiques et d'autres matériaux.

Analyse de la séparation de phase, de la structure cristalline, etc. des matériaux macromoléculaires.

Sciences de la vie et biologie:

Imagerie: visualisation directe de la structure des macromolécules biologiques telles que l'ADN, l'ARN, les protéines, etc., et peut même observer les changements dynamiques dans les processus biologiques dans un environnement liquide.

Mesure des propriétés mécaniques: l'élasticité (rigidité) des cellules vivantes, la force d'adhésion des bactéries, les forces d'interaction entre les protéines, etc. sont étudiées par mesure de courbe de force.

3 - nanotechnologie:

Nanomanipulation: déplacer des atomes individuels ou des molécules pour construire des nanostructures.

Traitement nanométrique: utilisez la pointe de l'aiguille AFM pour graver, oxyder la surface du matériau et réaliser un traitement de type "écriture droite".

4, industrie de semi - conducteur:

Mesurer la largeur de ligne, la profondeur du circuit intégré, effectuer une analyse de défaillance.

Détection de la qualité de surface du dispositif semi - conducteur.

V. Caractéristiques structurelles de la microscopie à force atomique:

◆ la tête de détection laser et la table de balayage d'échantillon sont intégrées dans un seul corps, stables et fiables;

◆ laser de précision et dispositif de positionnement de la sonde, simple et pratique pour remplacer la sonde et ajuster le spot;

◆ un axe conduit l'échantillon à proximité verticale automatique de la sonde, positionnant avec précision la zone de balayage, de sorte que la pointe de l'aiguille est perpendiculaire au balayage de l'échantillon;

◆ le moteur contrôle la méthode d'aiguille intelligente de détection automatique de céramique électrique sous pression, protège la sonde et l'échantillon;
◆ haute précision large gamme de scanners en céramique piézoélectrique, peut être sélectionné en fonction de différentes exigences de précision et de plage de balayage;

◆ positionnement optique de l'objectif apochromatique 10x sans mise au point, observation en temps réel.

Vi. Microscope à force atomiqueParamètres techniques :

Mode de travail de base	Mode contact, mode Tap, mesure de courbe de force F - Z, mesure de courbe RMS - Z
Choisir le mode de travail	Forces de frottement / forces latérales, amplitude / phase, forces magnétiques et électrostatiques
Taille de l'échantillon	Φ≤90mm, H≤20mm
Gamme de scan	XY à 50um, z à 5um (optionnel avec XY à 110um, z à 10um)
Résolution du scan	XY vers 0,2 nm, z vers 0,05 nm
Gamme de mouvement d'échantillon	0 à 20 mm
Grossissement optique	10X， Résolution optique 1um (optionnel avec 20x, résolution optique 0.8um)
Taux de scan	0.6Hz~4.34Hz， Angle de balayage 0 ~ 360°
Contrôle du scan	XY avec d / a 18 bits et Z Avec D / a 16 bits
Échantillonnage de données	14-bit A/D、 Double échantillonnage synchrone multiplex A / D 16 bits
Méthode de feedback	DSP Digital feedback
Taux d'échantillonnage de feedback	64,0 KHz
Interface de communication	USB 2.0 / 3.0
Environnement opérationnel	Système d'exploitation WindowsXP / 7 / 8 / 10

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