현미경 AFM 작동 원리의 세 가지 작동 모드 비교
접촉 모드
접촉 모드에서 팁은 항상 샘플과 가볍게 접촉하여 일정한 높이 또는 일정한 힘 모드에서 스캔합니다. 스캔하는 동안 팁이 샘플 표면 위로 미끄러집니다. 일반적으로 접촉 모드는 안정적인 고해상도 이미지를 생성합니다.
접촉 모드에서 부드러운 샘플을 스캔하면 바늘 끝이 직접 닿아 샘플 표면이 손상될 수 있습니다. 샘플을 보호하기 위해 스캔하는 동안 샘플과 팁 사이의 힘이 약해지면 이미지가 왜곡되거나 아티팩트가 나타날 수 있습니다. 동시에 표면의 모세관 현상도 분해능을 감소시킵니다. 따라서 접촉 모드는 일반적으로 생물학적 거대 분자, 탄성 계수가 낮은 샘플 및 이동 및 변형이 쉬운 샘플을 연구하는 데 적합하지 않습니다.
비접촉식 모드
비접촉 모드에서 팁은 샘플 표면 위에서 진동하며 샘플과 절대 접촉하지 않으며 프로브 모니터는 반 데르 발스 및 이미징된 샘플의 정전기력과 같은 비파괴 장거리 힘을 감지합니다. 이 모드는 현미경의 감도를 높이지만 바늘 끝과 시료 사이의 거리가 길면 접촉 모드와 탭 모드에 비해 분해능이 떨어지고 이미징이 불안정하고 조작이 상대적으로 어렵습니다. 액체 이미징은 생물학에서 상대적으로 거의 적용되지 않습니다.
탭 모드
태핑 모드에서는 캔틸레버가 공진 주파수 근처에서 강제로 진동하고 진동 팁이 시료 표면을 부드럽게 두드려 시료와 간헐적으로 접촉하므로 간헐적 접촉 모드라고도 합니다. 태핑 모드로 인해 팁이 샘플에 달라붙는 것을 방지할 수 있으며 스캔 중에 샘플에 손상이 거의 없습니다. 태핑 모드의 팁이 표면에 닿을 때 팁의 충분한 진폭을 제공하여 팁과 샘플 사이의 접착력을 극복할 수 있습니다. 동시에 작용하는 힘이 수직이기 때문에 표면 재료는 측면 마찰, 압축 및 전단력의 영향을 덜 받습니다. 비접촉 모드에 비해 태핑 모드의 또 다른 장점은 수직 피드백 시스템을 샘플 측정을 위해 매우 안정적이고 반복 가능하게 만드는 크고 선형적인 작업 범위입니다.
그만큼
태핑 모드 AFM은 대기 및 액체 환경 모두에서 달성할 수 있습니다. 대기 환경에서 바늘 끝이 샘플과 접촉하지 않을 때 마이크로 캔틸레버는 최대 진폭으로 자유롭게 진동합니다. 바늘 끝이 샘플 표면과 접촉하면 압전 세라믹 시트가 마이크로 캔틸레버를 여기시켜 동일한 에너지로 진동하지만 입체 장애로 인해 마이크로 캔틸레버가 캔틸레버의 진폭이 감소하고 피드백 시스템이 캔틸레버의 진폭을 제어하여 일정하며 바늘 끝은 샘플 표면의 기복을 따라 위아래로 움직여 모양 정보를 얻습니다. 태핑 모드는 액체에서의 작업에도 적합하며 액체의 감쇠 효과로 인해 바늘 끝과 샘플 사이의 전단력이 작고 샘플 손상이 적기 때문에 태핑 모드 이미징 활성 생물학적 시료에 대해 액체를 수행할 수 있습니다. 현장 테스트, 용액 반응의 현장 추적 등
횡력 모드
횡력 현미경(LFM)은 접촉 모드에서 AFM과 유사하게 작동합니다. 마이크로 캔틸레버가 샘플 위를 스캔할 때 팁과 샘플 표면 사이의 상호 작용으로 인해 캔틸레버가 흔들리고 대략 수직 및 수평의 두 가지 변형 방향이 있습니다. 일반적으로 레이저 위치 검출기에 의해 감지되는 수직 방향의 변화는 시료 표면의 형상을 반영하고 수평 방향으로 감지되는 신호의 변화는 재료 표면의 재료 특성이 다르기 때문에 마찰 계수는 또한 다릅니다. 다르기 때문에 스캐닝 과정에서 마이크로 캔틸레버의 좌우 왜곡 정도도 다릅니다. 캔틸레버의 비틀림 굽힘 정도는 표면의 마찰 특성이 변함에 따라 증가하거나 감소합니다(마찰이 증가하면 비틀림이 커짐). 레이저 탐지기는 지형 및 횡력 데이터를 실시간으로 개별적으로 측정하고 기록합니다. 일반적으로 샘플 표면의 다른 구성 요소는 마이크로 캔틸레버의 왜곡을 유발할 수 있을 뿐만 아니라 샘플의 표면 형태의 변화도 아래 그림과 같이 마이크로 캔틸레버의 왜곡을 유발할 수 있습니다. . 이 둘을 구별하기 위해서는 일반적으로 LFM 이미지와 AFM 이미지를 동시에 획득해야 합니다. 캔틸레버 왜곡의 원인에 따라 LFM은 일반적으로 재료 표면의 구성 이미지 및 "가장자리 강화 이미지"를 얻는 데 사용할 수 있습니다.
