AFM vs. SEM

Η ανάγκη εξερεύνησης του μικρότερου κόσμου αναπτύσσεται με ταχείς ρυθμούς με την πρόσφατη ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως η νανοτεχνολογία, η μικροβιολογία και η ηλεκτρονική. Δεδομένου ότι το μικροσκόπιο είναι το εργαλείο που παρέχει τις μεγεθυμένες εικόνες των μικρότερων αντικειμένων, γίνεται πολλή έρευνα για την ανάπτυξη διαφορετικών τεχνικών μικροσκοπίας για την αύξηση της ανάλυσης. Αν και το πρώτο μικροσκόπιο είναι μια οπτική λύση όπου χρησιμοποιήθηκαν φακοί για την μεγέθυνση των εικόνων, τα τρέχοντα μικροσκόπια υψηλής ανάλυσης ακολουθούν διαφορετικές προσεγγίσεις. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) βασίζονται σε δύο διαφορετικές προσεγγίσεις.

Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM)

Το AFM χρησιμοποιεί μια άκρη για να σαρώσει την επιφάνεια του δείγματος και η άκρη ανεβαίνει προς τα πάνω ανάλογα με τη φύση της επιφάνειας. Αυτή η έννοια είναι παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο ο τυφλός κατανοεί μια επιφάνεια τρέχοντας τα δάχτυλά του σε όλη την επιφάνεια. Η τεχνολογία AFM εισήχθη από τους Gerd Binnig και Christoph Gerber το 1986 και ήταν εμπορικά διαθέσιμη από το 1989.

Το άκρο είναι κατασκευασμένο από υλικά όπως νανοσωλήνες διαμαντιού, πυριτίου και άνθρακα και είναι προσαρτημένο σε ένα πρόβολο. Μικρότερη είναι η άκρη υψηλότερη της ανάλυσης της απεικόνισης. Οι περισσότερες από τις παρούσες AFMs έχουν ανάλυση νανομέτρου. Διαφορετικοί τύποι μεθόδων χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της μετατόπισης του προβόλου. Η συνηθέστερη μέθοδος χρησιμοποιεί μια δέσμη λέιζερ η οποία αντανακλάται στην πρόβολο έτσι ώστε η εκτροπή της ανακλώμενης δέσμης να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέτρο της θέσης του προβόλου.

Δεδομένου ότι η AFM χρησιμοποιεί τη μέθοδο αίσθησης της επιφάνειας χρησιμοποιώντας μηχανικό καθετήρα, είναι σε θέση να παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα του δείγματος ανιχνεύοντας όλες τις επιφάνειες. Επιτρέπει επίσης στους χρήστες να χειρίζονται τα άτομα ή τα μόρια στην επιφάνεια του δείγματος χρησιμοποιώντας την άκρη.

Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM)

Το SEM χρησιμοποιεί μια δέσμη ηλεκτρονίων αντί για φωτισμό για απεικόνιση. Έχει ένα μεγάλο βάθος στο πεδίο που επιτρέπει στους χρήστες να παρατηρούν μια πιο λεπτομερή εικόνα της επιφάνειας του δείγματος. Το AFM έχει επίσης μεγαλύτερο έλεγχο σε ποσότητα μεγέθυνσης καθώς χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα.

Στο SEM, η δέσμη των ηλεκτρονίων παράγεται χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό όπλο και περνά μέσα από μια κατακόρυφη διαδρομή κατά μήκος του μικροσκοπίου που τοποθετείται σε κενό. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία με φακούς εστιάζουν τη δέσμη ηλεκτρονίων στο δείγμα. Μόλις η δέσμη ηλεκτρονίων πλήξει στην επιφάνεια του δείγματος, εκπέμπονται ηλεκτρόνια και ακτίνες Χ. Αυτές οι εκπομπές ανιχνεύονται και αναλύονται προκειμένου να τοποθετηθεί η εικόνα του υλικού στην οθόνη. Η ανάλυση του SEM είναι σε νανομετρική κλίμακα και εξαρτάται από την ενέργεια δέσμης.

Δεδομένου ότι το SEM λειτουργεί σε κενό και επίσης χρησιμοποιεί ηλεκτρόνια στη διαδικασία απεικόνισης, πρέπει να ακολουθούνται ειδικές διαδικασίες για την προετοιμασία του δείγματος.

Το SEM έχει πολύ μεγάλη ιστορία από την πρώτη του παρατήρηση που έκανε ο Max Knoll το 1935. Το πρώτο εμπορικό SEM ήταν διαθέσιμο το 1965.