Đang tải...
Kính hiển vi lực nguyên tử, hay AFM, là một dạng kính hiển vi đầu dò quét có độ phân giải cao, sử dụng một đầu dò sắc nhọn di chuyển theo dạng quét raster để đo và hiển thị vật liệu ở thang nguyên tử và nano.
Kính hiển vi là những công cụ giúp chúng ta quan sát những gì mắt thường không thể nhìn thấy; từ tiếng Hy Lạp cổ “mikrós” (nhỏ) và “skopeîn” (nhìn). AFM sử dụng nhiều kỹ thuật khác nhau, còn gọi là các chế độ đo, để phân tích mẫu ở kích thước từ dưới một nanomet (<1 nm) (khoảng 0,5 nm là kích thước trung bình của một nguyên tử) đến 1 micromet (còn gọi là micron).
Để hình dung rõ hơn về mức độ nhỏ bé của thang nano và nguyên tử, hãy tưởng tượng như sau: Một quả bóng tennis so với Trái Đất cũng giống như một nguyên tử so với một quả bóng tennis.
AFM thu thập thông tin bằng cách “cảm nhận” bề mặt, tương tự như cách ngón tay chạm vào một vật, nhưng ở quy mô nhỏ hơn rất nhiều. Nó sử dụng một đầu dò cực nhỏ với mũi nhọn rất sắc để cảm nhận những biến đổi rất nhỏ của lực. Ý tưởng đơn giản nhưng thông minh này được phát minh vào đầu những năm 1980 và nhanh chóng giành Giải Nobel vào năm 1986.
Ứng dụng của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
Mặc dù AFM thường được dùng để quan sát cấu trúc ở kích thước rất nhỏ, nó cũng rất hữu ích trong việc đo các tính chất cục bộ như điện, cơ học và các đặc tính vật liệu khác. Hơn nữa, AFM phù hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau, bao gồm vật liệu dẫn điện và cách điện, trong suốt và không trong suốt, mềm và cứng, v.v.
Nhờ đó, AFM đã trở thành một công cụ “ruột” (go-to tool) trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu và phát triển—từ nghiên cứu cơ bản trong sinh học phân tử và tế bào, lắp ráp từ dưới lên (bottom-up assembly), vật liệu 2D, cho đến các ứng dụng công nghiệp như vi điện tử, nhựa và cao su, cũng như các thiết bị lưu trữ và tạo năng lượng.
Chúng ta thử tìm hiểu các nhà nghiên cứu đã ứng dụng AFM như thế nào trong ngành vật liệu bằng cách tìm hiểu bài báo "Extended Applications of the Depth-Sensing Indentation Method", quý độc giả có thể đọc nguyên văn bài báo theo đường dẫn bên dưới
Trong nghiên cứu này, phương pháp Hiển vi lực nguyên tử (AFM) được sử dụng kết hợp với các thử nghiệm nén (indentation) để nghiên cứu các đặc tính vi mô và cơ chế biến dạng của vật liệu.
Tóm tắt nghiên cứu:
Trong các phép đo độ lõm có cảm biến độ sâu, dữ liệu về tải trọng và độ sâu xuyên được ghi nhận như một hàm theo thời gian trong hầu hết các trường hợp với tốc độ tải được kiểm soát. Do đó, bên cạnh việc xác định độ cứng và mô đun Young, các cơ chế biến dạng khác nhau cùng nhiều đặc tính và hiện tượng động học khác—chẳng hạn như mô đun đàn hồi động, chuyển pha do tải gây ra, độ nhạy với tốc độ biến dạng, v.v.—cũng có thể được nghiên cứu.
AFM được dùng để chụp ảnh các vết nén, từ đó quan sát các bậc bề mặt do các dải trượt (shear bands) tạo ra xung quanh vết nén trên vật liệu thủy tinh kim loại (BMG). Hình ảnh AFM giúp xác định mật độ và kích thước của các dải trượt này thay đổi như thế nào tùy theo tốc độ tải.
