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MicroscopMicroscopíía de Fuerza Ata de Fuerza Atóómicamica
Tema 8. CaracterizaciTema 8. Caracterizacióón Mecn Mecáánica de Materiales por AFM.nica de Materiales por AFM. 1
Tema 8
Caracterización Mecánica
de Materiales por AFM
Tema 8
Caracterización Mecánica
de Materiales por AFM
Programa de POSTGRADO de la Universidad Carlos III de Madrid
1
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química
Dania OlmosFco. Javier González Benito
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1. Análisis de fase
2. Curvas de fuerza
3. Force Volume
4. Force Modulation
5. Nanoindentación
6. Nano-rayado y nano-desgaste
7. Lateral Force Microscopy (LFM)
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2. Curvas de Fuerza2. Curvas de FuerzaSe utilizan para medir interacciones punta-muestra y determinar la magnitud de contacto
http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/chemistry/cim/research/electrochemistry/research/afm/
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2. Curvas de Fuerza2. Curvas de Fuerza
¿Qué es una curva de fuerza?
Representación de la fuerza ejercida sobre la muestra en función de la distancia punta-muestra.
Permiten detectar la fuerza que siente la micropalanca o cantilever en función de la distancia a la superficie de la muestra.
Fuerzas punta-muestra
F = k·x donde k es la constante de fuerza de la micropalanca y x la deflexión
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2. Curvas de Fuerza2. Curvas de Fuerza
Fuerza de adhesiónelevadas
Fuerzas de adhesiónpequeñas
Muestra rígida Muestra blanda
Presencia de fuerzas repulsivas de largo alcance
Presencia de fuerzas atractivas de corto alcance
Imagen adaptada (Figura original de S.N. Magonov, M.H. Whangbo en “Surface Analysis with STM and AFM”, VCH, 1996).
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2. Curvas de Fuerza2. Curvas de Fuerza
Deflexión 240 nm/div
LDPE HDPE
Deflexión 240 nm/div
Z – 101.95 nm/divZ – 101.95 nm/div
60 µmDsp = -0.7V
Dsp = 1 V
Imágenes de alturas
CM-AFM
Curvas de fuerza: DvZ
Imágenes originales (D.Olmos).Muestra: copolímero en multicapas de LDPE y HDPE cortesía de S.N. Magonov y N. Yerina (Veeco)
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3. Volumen de fuerzas (3. Volumen de fuerzas (Force VolumeForce Volume))
Images courtesy of Veeco Instruments Inc.
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3. Volumen de fuerzas (3. Volumen de fuerzas (Force VolumeForce Volume))
Image courtesy of Veeco Instruments Inc.
Mapa de adhesión de una interfase platino/vidrio. Los píxeles más claros representan mayor adhesión.
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4. AFM con modulaci4. AFM con modulacióón de fuerza (n de fuerza (Force ModulationForce Modulation))
- Se obtiene contraste entre regiones de diferente elasticidad
Fundamento
- Oscilaciones de cantilever ⇒ pequeñas indentaciones.
Image courtesy of Veeco Instruments Inc.
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4. AFM con modulaci4. AFM con modulacióón de fuerza (n de fuerza (Force ModulationForce Modulation))
Cantilever Cantilever length Spring constant
Standard Silicon Nitride
100‐200 µm 0.01 – 0.6 N/m
Oxide‐sharpened Silicon Nitride
100‐200 µm 0.01 – 0.6 N/m
Contact AFM Etched Silicon
450 µm 0.02 – 0.1 N/m
Force Modulation Etched Silicon
225 µm 1 – 5 N/m
TappingMode Etched Silicon
125‐225 µm 20 – 100 N/m
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der
Softe
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4. AFM con modulaci4. AFM con modulacióón de fuerza (n de fuerza (Force ModulationForce Modulation))
Fibras de C en una matriz epoxihttp://pagesperso-orange.fr/scientec/html_en/departement/surface/nanotest_en.htm#
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5. Nanoindentaci5. NanoindentacióónnEtapas
1. Acercamiento punta-muestra2. Contacto punta-muestra3. Indentación4. Alejamiento punta-muestra5. Obtención de imagen de huella
Images courtesy of Veeco Instruments Inc.
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5. Nanoindentaci5. Nanoindentacióónn
( )
(b)
Fibra de vidrio Resina epoxi
Imágenes originales (D. Olmos, J. González-Benito)
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5. Nanoindentaci5. Nanoindentacióónn
Horizontal: 265 nm Vertical: 37 nm
Imágenes originales (D. Olmos, J. González-Benito)
Huellas de nanoindentación (Imagen de Alturas, izq., y de Fase, derecha) en la matriz epoxi de un material compuesto (epoxi-fibra de vidrio)
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5. Nanoindentaci5. Nanoindentacióónn
S.-L. Gao and E. Mäder, Composites Part A 33 (2002), p. 559
6. Nano6. Nano--rayado y nanorayado y nano--desgastedesgaste
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7. Lateral Force Microscopy (LFM)7. Lateral Force Microscopy (LFM)
Esquemas adaptados de: http://www.mechmat.caltech.edu/~kaushik/park/1-4-0.htm
Deflexión vertical
Componente lateral
Componente vertical
Detector
Muestra
Imagen LFM
Detector
Muestra
Imagen LFM
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7. Lateral Force Microscopy (LFM)7. Lateral Force Microscopy (LFM)
http://www.ntmdt.com/SPM-Techniques/SPM-Methodology/Lateral_Force_Microscopy_LFM/text44.html