مقایسه سه حالت عملکرد میکروسکوپ AFM اصل کار
حالت تماس
در حالت تماس، نوک همیشه در تماس سبک با نمونه است، در حالت ارتفاع ثابت یا نیروی ثابت اسکن می شود. در طول اسکن، نوک روی سطح نمونه می لغزد. به طور معمول، حالت تماس تصاویر پایدار و با وضوح بالا تولید می کند.
در حالت تماس، اگر نمونه نرم اسکن شود، ممکن است سطح نمونه به دلیل تماس مستقیم با نوک سوزن آسیب ببیند. اگر نیروی بین نمونه و نوک در حین اسکن برای محافظت از نمونه ضعیف شود، ممکن است تصویر مخدوش شود یا مصنوعاتی به دست آید. در عین حال، عمل مویرگی سطح نیز وضوح را کاهش می دهد. بنابراین، حالت تماس عموماً برای مطالعه ماکرومولکولهای بیولوژیکی، نمونههایی با مدول الاستیک پایین و نمونههایی که به راحتی قابل جابجایی و تغییر شکل هستند، مناسب نیست.
حالت بدون تماس
در حالت غیر تماسی، نوک بالای سطح نمونه می لرزد و هرگز با نمونه تماس پیدا نمی کند و مانیتور پروب نیروهای غیرمخرب دوربرد مانند واندروالس و نیروهای الکترواستاتیکی را روی نمونه تصویر شده تشخیص می دهد. اگرچه این حالت حساسیت میکروسکوپ را افزایش می دهد، اما زمانی که فاصله بین نوک سوزن و نمونه زیاد باشد، وضوح کمتر از حالت تماس و حالت ضربه ای است و تصویربرداری ناپایدار و عملیات نسبتاً دشوار است. تصویربرداری در مایع کاربردهای نسبتا کمی در زیست شناسی دارد.
حالت ضربه بزنید
در حالت ضربه زدن، کنسول مجبور به ارتعاش در نزدیکی فرکانس تشدید خود می شود و نوک نوسانی به آرامی به سطح نمونه ضربه می زند و تماس متناوب با نمونه برقرار می کند، بنابراین به آن حالت تماس متناوب نیز می گویند. با توجه به حالت ضربه زدن، امکان جلوگیری از چسبیدن نوک به نمونه وجود دارد و در حین اسکن تقریباً هیچ آسیبی به نمونه وارد نمی شود. هنگامی که نوک حالت ضربه زدن با سطح تماس می گیرد، می تواند با ایجاد دامنه کافی از نوک، بر نیروی چسب بین نوک و نمونه غلبه کند. در عین حال، از آنجایی که نیروی عمل کننده عمودی است، مواد سطح کمتر تحت تأثیر نیروهای اصطکاک جانبی، فشار و برش قرار می گیرند. مزیت دیگر حالت ضربه زدن در مقایسه با حالت غیر تماسی، محدوده کاری بزرگ و خطی است که باعث می شود سیستم بازخورد عمودی برای اندازه گیری های نمونه بسیار پایدار و قابل تکرار باشد.
را
حالت ضربه زدن AFM در هر دو محیط جوی و مایع قابل دستیابی است. در محیط اتمسفر، زمانی که نوک سوزن با نمونه تماس نداشته باشد، ریزکنتیلور آزادانه با حداکثر دامنه نوسان می کند. هنگامی که نوک سوزن با سطح نمونه در تماس است، اگرچه ورق سرامیکی پیزوالکتریک ریزکنتیلر را تحریک می کند تا با همان انرژی نوسان کند، مانع فضایی باعث می شود که دامنه کنسول کاهش یابد، سیستم بازخورد دامنه کنسول را کنترل می کند. ثابت باشد و نوک سوزن از بالا و پایین رفتن سطح نمونه پیروی می کند تا به سمت بالا و پایین حرکت کند تا اطلاعات شکل به دست آید. حالت ضربه زدن نیز برای کار در مایع مناسب است و به دلیل اثر میرایی مایع، نیروی برشی بین نوک سوزن و نمونه کمتر است و آسیب به نمونه کمتر است، بنابراین تصویربرداری حالت ضربه زدن در مایع را می توان بر روی نمونه های بیولوژیکی فعال انجام داد: آزمایش در محل، ردیابی واکنش های محلول در محل و غیره.
حالت نیروی جانبی
میکروسکوپ نیروی جانبی (LFM) مشابه AFM در حالت تماس عمل می کند. هنگامی که ریز کنسول بالای نمونه اسکن می کند، به دلیل تعامل بین نوک و سطح نمونه، کنسول نوسان می کند و تقریباً دو جهت تغییر شکل وجود دارد: عمودی و افقی. به طور کلی، تغییر در جهت عمودی شناسایی شده توسط آشکارساز موقعیت لیزری شکل سطح نمونه را منعکس می کند و تغییر در سیگنال تشخیص داده شده در جهت افقی، به دلیل خواص مختلف مواد سطح ماده، ضریب اصطکاک است. نیز متفاوت است. متفاوت است، بنابراین در فرآیند اسکن، درجات اعوجاج چپ و راست میکروکنتیلر نیز متفاوت است. با تغییر خواص اصطکاکی سطح، درجه خمش پیچشی کنسول افزایش یا کاهش می یابد (افزایش اصطکاک منجر به پیچش بیشتر می شود). یک آشکارساز لیزری داده های توپوگرافی و نیروی جانبی را به طور جداگانه در زمان واقعی اندازه گیری و ثبت می کند. معمولاً نه تنها اجزای مختلف سطح نمونه می تواند منجر به اعوجاج ریزکنتیلر شود، بلکه تغییر مورفولوژی سطح نمونه نیز می تواند باعث اعوجاج ریز کنسول شود، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است. . به منظور تمایز بین این دو، معمولاً تصاویر LFM و تصاویر AFM باید به طور همزمان تهیه شوند. بسته به علت اعوجاج کنسول، از LFM معمولاً می توان برای به دست آوردن تصاویر ترکیبی و "تصاویر پیشرفته لبه" از سطح مواد استفاده کرد.
