Microscopia de Força Atômica (AFM)

Transcrição

1 Microscopia de Força Atômica (AFM)

2 Microscopia (AFM) Modelos AFM Center of Nanoscience, Nanotechnology and Innovation CeNano 2 I

3 Microscopia (AFM) Figura.7.36a. Diagrama representativo de funcionamento do microscópio de força atômica.

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5 R. Prioli Depto. Física Deflexão do feixe de laser 5

6 Microscopia (AFM) Forças a distâncias microscópicas Figura Força entre a ponteira e a amostra em função da distância entre elas.

7 R. Prioli Depto. Física Forças Intermoleculares Simulação da força de interação entre um átomo da ponta e um átomo da superfície em função de sua distância obtida através do uso do potencial de Lennard-Jones 7

8 Microscopia (AFM) As forças de van der Waals agindo entre dois átomos ou moléculas podem ser classificadas em forças de orientação, de indução e de dispersão.

9 Microscopia (AFM) Figura Forças de van der Walls. a) Forças de orientação; b) Forças de indução; c) Forças de dispersão.

10 Ponteira defletora (Mola plana ou cantilever ) Figura7.43. Imagem da ponteira defletora AFM.

11 Microscopia (AFM) Princípios Básicos de Operação - Existem atualmente dois modos básicos de operação dos equipamentos de microscopia de força atômica chamados de modo Estático (DC) e modo Dinâmico (AC). A técnica de AFM também pode ser classificada em 2 modos de força distintos: Contato e não-contato.

12 Microscopia (AFM) Figura Deflexão da mola operando em não-contato e em contato

13 Microscopia (AFM) Figura Diagrama dos modos de operação do AFM. (a) contato;(b) não-contato;(c) tapping ou dinâmico

14 a) Estático (DC) A força atuando sobre a mola é obtida pela lei de Hook, como mostrado nas equações F= CB. Zt (7.1); CB = 3.E.I / L3 (7.2) sendo que, para uma mola de forma retangular, I = b.d3 / 12 (7.3) definindo os parâmetros, CB:constante de deformação da mola; Zt:deformação; E:módulo de Young; I:momento de inércia; L:comprimento do braço ; b:largura da mola; d:espessura.

15 b) Dinâmico ou tapping (AC) No modo chamado dinâmico, a mola oscila perto da sua freqüência de ressonância. Equação para o movimento do sistema: ( 4 / x4) + / E.I ( 2 / x2) = F(x,z) (7.4) = (x)t(t); (7.5) fn = (kl)2 / 2 3 (CB/m); (7.6) sendo, = m/l:densidade linear de massa; CB:constante de deformação da mola; E: módulo de Young; I:momento de inércia; fn:enésima solução de freqüência;

16 Microscopia (AFM) Força Força repulsiva Contato intermitente contato Distância ponta-amostra Não-contato Força atrativa Figura7.41. Regimes de operação.

17 Microscopia (AFM) Espectroscopia de Força Deflexão do cantilever em função do movimento vertical da amostra.

18 Microscopia (AFM) Técnicas Derivadas da Microscopia de Força Atômica

19 Microscopia de Força Magnética (MFM) Ponteira magnética Trajetória da ponta Amostra plana magnética Domínios magnéticos Diagrama ilustrativo da MFM

20 Microscopia de Força Magnética (MFM) Figura7.44. Exemplo de operação da MFM na obtenção de imagem de Disco Rígido (campo da imagem 30 mm)

21 Microscopia de Eletrostática (EFM) ponteira Trajetória da ponta amostra Diagrama ilustrativo da EFM.

22 Outras Técnicas Derivadas da Microscopia de Força Atômica Técnicas de caracterização derivadas das forças de origem atômicas: - microscopia de força capilar (CFM); - microscopia de força de fricção (FFM); - microscopia de varredura térmica (TSM); - outras técnicas derivadas

23 Artefatos da ponteira Figura7.46. Imagem dependente do feitio da ponteira.

24 Artefatos da ponteira Imagem alargada pelo grande raio da ponteira.

25 Artefatos da ponteira Figura 53: Imagem dependente do feitio da ponteira.

26 Contaminações Camada de água e contaminantes Interação da ponteira com camada de água e contaminantes Figura Contaminação sobre uma amostra e ponteiras dentro dela.

27 Aplicações de microscopia de força atômica Resolução atômica de mica

28 Filme de ouro nanoestruturado

29 Aplicações de microscopia de força atômica (a) (b) Figura Imagens de Microscopia de Força atômica de (a) proteínas em superfície de mica e (b) cromossomos humanos.

30 Aplicações de microscopia de força atômica Figura Planos cristalinos de mica atomicamente plana. (225 Å x 225 Å)

31 Aplicações de microscopia de força atômica

32 Aplicações de microscopia de força atômica Figura Imagem de vírus do mosaico do tabaco adsorvido em mica ( Tobacco Mosaic Virus - TMV ~ 180 Å )

33 Aplicações de microscopia de força atômica Figura Imagem da macromolécula de Concanavalina-A adsorvida em mica.

34 Microscopia (AFM) As forças intermoleculares podem ser classificadas em três categorias: Forças de origem puramente eletrostáticas; Forças de polarização; Forças de natureza mecânica quântica;

35 R. Prioli Depto. Física Bibliografia J.Chen, Introduction to scanning tunneling microscopy (Oxford Series in Optical and Image Sciences 4), Oxford University Press (1993). R.Wiesendanger, Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Methods and Applications, Cambridge University Press (1994). E.Meyer, H-J, Hug, R. Bennewitz, Scanning Probe Microscopy: The lab on a tip, Springer-Verlag (2003). E.Meyer, R.M.Overney, K.Dransfeld, T. Galoy, Nanoscience: Friction and Rheology on the Nanometer Scale, World Scientific Publishing Company (1996). 35