MICROSCOPIO DE FUERZA ATÓMICA FRANCISCO CASCALES PACHECO JAVIER NAVARRO VERDÚ JORGE FOLLANA BERNÁ

HISTORIA Müller – Microscopio de Emisión de Campo (1937) Young - Topografiner (1971) Binnig y Rohrer – MBET (1981) Binnig, Quate y Gerber – MFA (1986)

DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO

MODOS DE TRABAJO Modo sin contacto: Modo de “tapping” o contacto intermitente: El elemento que sostiene la punta (cantilever) oscila. La reducción de la amplitud de oscilación se utiliza para medir e identificar las características superficiales. Modo de contacto: Se utilizan puntas de nitruro de silicio. En determinadas muestras se puede alcanzar resolución atómica o molecular. Modo sin contacto: La punta del AFM se sitúa a 50 – 150 Aº (amstrong) por encima de la superficie de la muestra Construyéndose imágenes topográficas barriendo la punta sobre la superficie de la muestra

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO CONTACTO Ventajas Alta velocidad de barrido Muestras muy rugosas con cambios extremos en su topografía vertical Es el único modo de trabajo que permite obtener imágenes con resolución atómica

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO CONTACTO Desventajas Reducción en la resolución espacial y pueden dañar muestras blandas Las fuerzas laterales pueden distorsionar las características de la superficie en la imagen

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO SIN CONTACTO Ventajas No se ejercen fuerzas sobre la superficie de la muestra

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO SIN CONTACTO Menor resolución lateral, limitada por la separación punta-muestra El modo sin contacto generalmente se utiliza para estudiar muestras muy hidrofóbicas Menor velocidad de barrido

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO “TAPPING” Ventajas Las fuerzas laterales son virtualmente eliminadas Menos daño en muestras blandas Mayor resolución lateral en la mayoría de las muestras (1 – 5 nm)

VENTAJAS Y DESVENTAJAS MODO “TAPPING” Desventajas Ligeramente menores velocidades de barrido que en el modo contacto.

TIPOS DE PUNTAS Soportes (cantilever) de diferentes formas: Condicionados por: Muestra Modo de operación Temperatura Fabricadas en Silicio o Nitruro de Silicio (recubiertas de diamante) Soportes (cantilever) de diferentes formas: Triangulares: fricción y medio líquido Rectangulares: aire

COMPARACIÓN CON OTROS MICROSCOPIOS MET y MBET Muestra conductora Bajas presiones Dos dimensiones MFA Muestras aislantes Presencia de aire o sumergido Tres dimensiones

APLICACIONES DE LAS MICROSCOPIAS STM Y AFM Nos ayuda a la caracterización de materiales y superficies Las aplicaciones más importantes que tiene el AFM son: Microelectrónica Capas finas Caracterización de materiales orgánicos e inorgánicos Polímeros y composites Biología

Aplicación del AFM en un caso concreto Proceso de oxidación de un acero de alta resistencia Preparación del material y fase experimental Resultados experimentales Discusión de datos y conclusión

Preparación del material y fase experimental Aceros de alta resistencia (Alambrón) atacado por una disolución de NaCl Modo CONTACTO, estudiando un area de 5x5 μm Midiendo durante un tiempo de 2 Horas y Media

Resultados Experimentales Vamos observando que a medida que pasa el tiempo se va evidenciando el depósito de los oxidos En esta foto vemos como la superficie empieza a modificarse al transcurrir unos 7 minutos Para tiempo inicial se observan las huellas del pulido de la superficie Como resultado final vemos que la superficie del acero presenta unos picos de óxido que son producto del ataque de la solución de cloruro

Resultados Experimentales Aparte de obtener las imágenes también podemos analizar la rugosidad de la muestra y su evolución en función del tiempo

Discusión de datos y conclusión El estudio con el AFM podemos deducir que este proceso tiene 2 fases bien diferenciadas, como muestra la tabla El fenómeno observado responde al modelo de crecimiento de una picadura de Galvele

CONCLUSIÓN DEL ESTUDIO El MFA permite observar el proceso de corrosión a través de la rugosidad superficial. La técnica permite diferenciar dos fases del proceso corrosivo. El fenómeno responde al modelo de crecimiento de una picadura de Galvele

CONCLUSION Este trabajo muestra el microscopio de fuerza atómica como un equipo de medida analítica, nos permite estudiar diversos fenómenos científicos que con otros métodos no podemos

BIBLIOGRAFÍA http://www.freesbi.ch/en/afmmovies/ Introducción a la microscopía electrónica aplicada a las ciencias biológicas. Gerardo Vázquez Nin, Olga Echeverría. Principios de análisis instrumental. Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch http://www.mobot.org/jwcross/spm/ http://www.freesbi.ch/en/afmmovies/ http://fisica.uh.cu/bibvirtual/vida%20y%20tierra/microscopiofuerza%20atomica/index.htm http://www.nanooze.org/spanish/articles/articlesp5_powerfulmicroscope.html http://www.nanoscience.com/education/AFM.html http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/afm/firstpag.htm