AFM

Rasterkraftmikroskopie

WITec AFM Principle

Die Rasterkraftmikroskopie (Atomic Force Microscopy, AFM) ist ein Verfahren, mit dem durch die Messung von Wechselwirkungen zwischen der Probenoberfläche und einer scharfen, auf einem Cantilever montierten Sondenspitze die Oberflächenstruktur (Topografie) der Probe mit extrem hoher – bis zu atomarer - Auflösung abgebildet werden kann. Die Analyse der Kräfte zwischen Probe und Spitze liefert zusätzlich zu den hochauflösenden, topografischen Informationen auch Hinweise über lokale Materialeigenschaften wir Adhäsion und Steifigkeit.

Das Rasterkraftmikroskop von WITec

Das WITec Rasterkraftmikroskop ist in ein optisches Mikroskop für wissenschaftliche Anwendungen integriert. Es bietet optischen Zugang, exakte Cantilever-Führung und hochauflösende Probenübersicht. Zur Messung wird die Probe unter der Spitze mittels eines Piezo-getriebenen Scantisches in x- und y-Richtung bewegt. Das Ergebnis (z.B. die Topografie) wird als Bild dargestellt.

Durch die Kombination aus optischem Modus und einem leistungsfähigen Videokamera-System kann man sich eine hochaufgelöste Übersicht über die Probe verschaffen und interessante Stellen zügig ausfindig machen. Da man gleichzeitig die Probe und den AFM-Cantilever sehen kann, lässt sich die gewünschte Messposition leicht finden. Mit zusätzlichen Belichtungs- und Detektionstechniken (z.B. Hellfeld, Dunkelfeld, Polarisation, Fluoreszenz) kann man weitere interessante Details für die AFM-Messung identifizieren. Der Wechsel zwischen optischem Modus und AFM-Modi erfolgt schnell und akkurat durch Drehen des Objektrevolvers.

WITec AFM BeamPath

Strahlengang

WITec AFM Sample Cantilever View

Cantilever und Probe sind gleichzeitig sichtbar - so lässt sich die Probenposition schnell ansteuern und für die Messung justieren.

Digitaler Pulsed Force Mode

Der Digitale Pulsed Force Mode (DPFM) ist ein nicht-resonanter, intermittierender Kontaktmodus, wobei der Abstand zwischen Cantileverspitze und Probe während des Scanvorgangs möglichst konstant bleibt. Dadurch vermeidet man eine Beschädigung der Probe, was bei Messungen von weichen Proben im Kontaktmodus passieren kann.

Ein an ein Rasterkraftmikroskop angeschlossener DPFM erweitert dessen Analysemöglichkeiten. Außer der Topografie können mit dem DPFM Eigenschaften wie Steifigkeit, Adhäsion, Viskosität, Energieabführung, Kontaktzeit oder Langstrecken-Kräfte bestimmt werden. Die Scan-Dauer verlängert sich dadurch nicht, denn das System kann einige tausend Pixel pro Sekunde verarbeiten.

Die Elektronik des DPFM beinhaltet ein Hochgeschwindigkeits-Datenerhebungssystem, einen frei programmierbaren Modulationsgenerator und ein Echtzeit-Datenevaluationsmodul.  Mit den erhobenen Messdaten können breit angelegte Nachbearbeitungen und Datenevaluationen durchgeführt werden.

DPFM

Die DPFM-Elektronik reguliert den Abstand – die z-Richtung des Piezoaktuators - sinusartig mit einer Amplitude von 10-500 nm bei einer vom Nutzer wählbaren, unter der Resonanzfrequenz des Cantilevers liegenden Frequenz zwischen 100 Hz und 2 kHz. Durch Wechselwirkungen zwischen dem schwingendem Cantilever und der Probe entsteht ein sich wiederholender Kraft-Distanz-Zyklus, wie in der Kraft-Signal-Kurve dargestellt.

WITec DPFM curves

Kombinierte AFM-Analysetechniken von WITec

Der modulare Aufbau des WITec-Systems macht es möglich, verschiedene bildgebende Verfahren wie Raman-Imaging, Fluoreszenz, Lumineszenz und Scanning Nahfeld Optische Mikroskopie (Nearfield Microscopy SNOM und NSOM) in einem einzigen Gerät zu kombinieren, und bietet damit mehr Optionen zur Probenanalyse. Der Wechsel zwischen den Modi erfolgt durch Rotation des Objektivrevolvers.

Raman und AFM

Durch die Verbindung von konfokalem Raman-Imaging mit AFM kann man schnell und einfach die chemischen Eigenschaften einer Probe mit deren Oberflächenstruktur verknüpfen.

Diese beiden, sich ergänzenden Techniken wurden in den WITec Raman-AFM-Mikroskopen vereint. Sie ermöglichen eine flexible und umfassende Probencharakterisierung.

TERS (Tip Encanced Raman Spectroscopy ) ist ein typisches Messverfahren für kombinierte Raman-AFM-Mikroskope.

 

 



WITec Raman AFM polymer blend cleavage

Polymer blend imaged with Raman (left) and AFM (right) on the same sample area with a combined WITec Raman-AFM microscope.

WITec AFM-Imagingsysteme

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