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Micoscopio De Força Actomica

Por:   •  11/11/2014  •  1.655 Palavras (7 Páginas)  •  85 Visualizações

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MICROSCÓPIO DE FORÇA ATÓMICA

A partir de uma modificação do microscópio de tunelamento, combinado com um profilômetro Stylus (aparelho para medir rugosidade em escala microscópica) Binnig, Quate e Gerber, desenvolveram o Microscópio de força atómica em 1986 como resultado de uma colaboração entre a IBM e a Universidade de Stanford, o que permitiu obter imagens reais, em três dimensões, da topografia das superfícies, com uma resolução espacial que se aproxima das dimensões atómicas, ou, seja o AFM( Microscópio de Força Atómica ) usa interacção entre as forças sonda-amostra para traçar o mapa da superfície.

O princípio fundamental de operação do Microscópio de força atómica é a medida das deflexões de um suporte em cuja extremidade livre está montada a sonda. Estas deflexões são causadas pelas forças que agem entre a sonda e a amostra. Os efeitos de uma variedade de forças actuando entre ponta-amostra podem ser analisados, durante a varredura. Essas forças incluem as forças atrativas de van der Waals, forças magnéticas, e forças Coulombianas de média para grandes distâncias, tipicamente ≥ 100 Å (1 Â =10-10 m).

Na Fig. 1., pode-se observar um modelo de Microscópio de força atómica.

Fig. 1. Exemplo de um AFM

Em resumo, quando a ponteira se aproxima da amostra, é primeiramente atraída pela superfície, devido a uma ampla gama de forças atrativas existentes na região, como as forças de van der Waals. Esta atração aumenta até que, quando a ponteira aproxima-se muito da amostra, os átomos de ambas estão tão próximos que seus orbitais eletrônicos começam a se repelir. Esta repulsão eletrostática enfraquece a força atrativa à medida que a distância diminui. As forças anulam-se quando a distância entre os átomos é da ordem de alguns angstroms (da ordem da distância característica de uma união química). Quando as forças se tornam positivas, podemos dizer que os átomos da ponteira e da amostra estão em contato e as forças repulsivas acabam por dominar.

O microscópio de força atômica forneceu as bases para o desenvolvimento da nanotecnologia. O princípio de um microscópio de força atômica (AFM) é baseado na alteração das características de vibração de uma viga cantilever devido a forças entre a ponta do cantilever e a amostra. Uma vez que estas forças são inter-atômica na natureza, não é necessário que a amostra seja uma superfície eletricamente condutora. Como resultado, Microscópio de força atómica é aplicável aos condutores e não condutores, bem como superfícies.

Há vários modos de operação para a digitalização e mapeamento de superfície. Esses modos incluem não contato o modo de contato, e modo de contato intermitente.

Os três modos de operação diferentes um do outro na ponta da proximidade da amostra. No modo contato a ponta do cantilever toca a amostra, e, assim, as forças de interacção incluem tanto forças de atrito como forças de atração e repulsão. No modo não contato, não há contato entre a ponta do cantilever e a amostra e, portanto, as forças são regidas somente pelo um potencial de interação.

O modo intermitente (tapping) tem sido amplamente utilizado em nanômetro-escala na caracterização da superfície de materiais, especialmente para materiais macios como polímeros, moléculas de DNA e proteínas. Sendo o cantilever excitado em uma freqüência próxima da freqüência natural da amostra, o que possibilita manter a amplitude de oscilação do cantilever em um valor fixo.

Neste caso o cantiléver percorre a amostra vibrando perto de sua freqüência de ressonância. O cantiléver trabalha, principalmente, nas regiões de atuação da interação de van der Waals. Entretanto pode tocar ligeiramente a amostra o que pode causar ação da repulsão eletrostática.

Mesmo com a grande utilização do modo intermitende em experiências, ainda há necessidade de uma melhor compreensão das vibrações do microcantilever, pois a precisão da estimativa das forças de interações entre o tip e amostra depende fundamentalmente da qualidade do modelo matemático utilizado para analisar a dinâmica da microestrutura, influenciando diretamente na estratégia de controle, resultando na precisão da imagem.

Os modelos matemáticos utilizados são em sua maioria sistemas lineares massa-mola-amortecedor que incorporaram a força não-linear derivada da interacção entre a ponta e a amostra.

A inerente e altamente não-linearidade na interacção ponta-amostra dá lugar a uma dinâmica complexa do cantilever no Microscópio de força atómica. A não-linearidade é essencial para a compreensão da dinâmica do sistema, pois há muitas forças não-lineares

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