Rasterkraftmikroskop
Rasterkraftmikroskope (AFMs) sind eine Art von Mikroskop. AFMs liefern Bilder von Atomen auf oder in Oberflächen. Wie das Rasterelektronenmikroskop (REM) dient das AFM dazu, Objekte auf atomarer Ebene zu betrachten. Tatsächlich kann das AFM verwendet werden, um einzelne Atome zu betrachten. Es wird häufig in der Nanotechnologie verwendet.
Die AFM kann einige Dinge tun, die die SEM nicht tun kann. Das AFM kann eine höhere Auflösung bieten als das SEM. Außerdem muss das AFM nicht in einem Vakuum arbeiten. Tatsächlich kann das AFM in Umgebungsluft oder Wasser betrieben werden, so dass mit ihm Oberflächen biologischer Proben wie lebende Zellen betrachtet werden können.
Das AFM arbeitet mit einer ultrafeinen Nadel, die an einem Auslegerbalken befestigt ist. Die Nadelspitze läuft über die Grate und Täler des abzubildenden Materials und "ertastet" so die Oberfläche. Wenn sich die Spitze aufgrund der Oberfläche auf und ab bewegt, wird der Cantilever abgelenkt. In einer Grundkonfiguration strahlt ein Laser unter einem schrägen Winkel auf den Cantilever und ermöglicht die direkte Messung der Auslenkung im Cantilever durch einfache Änderung des Einfallswinkels des Laserstrahls. Auf diese Weise kann ein Bild erzeugt werden, das die Konfiguration der Moleküle zeigt, die von der Maschine abgebildet werden.
Es gibt viele verschiedene Betriebsarten für ein AFM. Eine davon ist der "Kontaktmodus", bei dem die Spitze einfach über die Oberfläche bewegt wird und die Auslenkungen des Cantilevers gemessen werden. Ein anderer Modus wird als "Klopfmodus" bezeichnet, da die Spitze bei ihrer Bewegung gegen die Oberfläche geklopft wird. Durch die Steuerung, wie hart die Spitze geklopft wird, kann sich das AFM von der Oberfläche wegbewegen, wenn die Nadel einen Grat spürt, so dass sie nicht gegen die Oberfläche schlägt, wenn sie sich über die Oberfläche bewegt. Dieser Modus ist auch für biologische Proben nützlich, da es weniger wahrscheinlich ist, dass eine weiche Oberfläche beschädigt wird. Dies sind die am häufigsten verwendeten Grundmodi. Es gibt jedoch verschiedene Bezeichnungen und Methoden wie "intermittierender Kontaktmodus", "kontaktloser Modus", "dynamischer" und "statischer" Modus und mehr, aber dies sind oft Variationen der oben beschriebenen Klopf- und Kontaktmodi.
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Fragen und Antworten
F: Was ist ein Rasterkraftmikroskop (AFM)?
A: Ein Rasterkraftmikroskop (AFM) ist eine Art Mikroskop, das Bilder von Atomen auf oder in Oberflächen liefert. Es kann verwendet werden, um einzelne Atome zu betrachten und wird häufig in der Nanotechnologie eingesetzt.
F: Wie funktioniert das AFM?
A: Das AFM arbeitet mit einer ultrafeinen Nadel, die an einem freitragenden Balken befestigt ist. Die Spitze der Nadel fährt über die Erhebungen und Vertiefungen des abzubildenden Materials und "ertastet" so die Oberfläche. Während sich die Spitze aufgrund der Oberfläche auf und ab bewegt, wird der Ausleger ausgelenkt. In einer Grundkonfiguration strahlt ein Laser in einem schrägen Winkel auf den Cantilever und ermöglicht so die direkte Messung der Auslenkung des Cantilevers, indem der Einfallswinkel des Laserstrahls verändert wird. So entsteht ein Bild, das die Konfiguration der Moleküle zeigt, die von der Maschine abgebildet werden.
F: Welche Vorteile haben AFMs gegenüber Rasterelektronenmikroskopen (SEMs)?
A: AFMs bieten eine höhere Auflösung als SEMs und müssen nicht wie SEMs in einem Vakuum arbeiten. Sie können in Umgebungsluft oder Wasser betrieben werden, so dass sie mit biologischen Proben wie lebenden Zellen verwendet werden können, ohne diese zu beschädigen.
F: Welche Betriebsarten gibt es für AFMs?
A: Zu den gebräuchlichen Betriebsarten für AFMs gehören der Kontaktmodus, bei dem die Spitze einfach über die Oberfläche bewegt wird und die Auslenkung des Auslegers gemessen wird, der Klopfmodus, bei dem die Spitze während der Bewegung gegen die Oberfläche geklopft wird, der intermittierende Kontaktmodus, der berührungslose Modus, der dynamische Modus, der statische Modus und weitere - oft handelt es sich dabei um Variationen der oben beschriebenen Klopf- und Kontaktmodi.
F: Wie unterscheidet sich der Klopfmodus vom Kontaktmodus?
A: Der Klopfmodus unterscheidet sich vom Kontaktmodus dadurch, dass die Spitze im Klopfmodus gegen die Oberfläche klopft, während sie sich entlang bewegt, anstatt sich nur über die Oberfläche zu bewegen. Dadurch kann sie sich von der Oberfläche entfernen, wenn die Nadel einen Grat spürt, so dass sie bei der Bewegung über die Oberfläche nicht gegen diese stößt.
