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MICROSCÓPIO DE FORÇA ATÓMICA
Princípios físicos
O AFM, ou microscópio de força atómica, ou ainda, SFM (Scanning Force Microscope), foi inventado por Binning, Quate e Gerber, após observarem que a ponta dos STM exerce forças sobre a superfície da amostra na mesma ordem das forças inter-atómicas, ou seja, o AFM usa a interacção entre as forças sonda-amostra
para traçar o desenho da superfície. O seu princípio fundamental é a medida das deflexões de um suporte em cuja extremidade livre está montada a sonda. Estas deflexões são causadas pelas forças que agem entre a sonda e a amostra.
Os modos de fazer as imagens, também chamados modos de varrimento ou de operação, referem-se fundamentalmente à distância mantida entre a sonda (ponta) e a amostra, no momento do varrimento, e às formas de movimentar a ponteira sobre a superfície a ser estudada. Estes modos de fazer imagens podem ser classificados em dois tipos: modo contacto e modo não contacto,
dependendo das forças líquidas entre a ponteira e a amostra. Quando o aparelho é operado na região atractiva, o método chama-se não contacto. Nesta região, o cantilever do AFM move-se na direcção da amostra. A operação na região repulsiva chama-se contacto e o cantilever dobra, afastando-se da amostra. A figura abaixo mostra a deflexão do cantilever em ambos os modos. No modo de não contacto ele é atraido pelas forças
de capilaridade da camada de contaminação ou pelas forças de van der Waals, quando a amostra é limpa. No modo de contacto, vê-se como a deflexão do cantilever é na direcção oposta à da amostra.
Podem ser analisados os efeitos de uma variedade de forças a actuar entre a ponta e a amostra. Essas forças incluem as forças atractivas de van der Waals, forças magnéticas, e forças Coulombianas, distâncias, ≥ 100Å.
Em resumo, quando a ponta se aproxima da amostra, é em primeiro lugar atraída pela superfície, devido a uma ampla gama de forças atractivas existentes na região, como as forças de van der Waals. Esta atracção aumenta até que,
quando a ponteira se aproxima muito da amostra, os átomos de ambas estão tão próximos que as suas orbitais electrónicas começam a repelir-se. Esta repulsão electroestática enfraquece a força atractiva à medida que a distância diminui. A força anula-se quando
a distância entre os átomos é da ordem de alguns angstroms (da ordem da distância característica de uma união química). Quando as forças se tornam positivas, podemos dizer que os átomos da ponta e da amostra estão em contacto e as forças repulsivas acabam por dominar.
Ana Rita Maltez
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