AFM εναντίον SEM
Η ανάγκη για εξερεύνηση του μικρότερου κόσμου, αυξάνεται ραγδαία με την πρόσφατη ανάπτυξη νέων τεχνολογιών όπως η νανοτεχνολογία, η μικροβιολογία και η ηλεκτρονική. Δεδομένου ότι το μικροσκόπιο είναι το εργαλείο που παρέχει τις μεγεθυμένες εικόνες των μικρότερων αντικειμένων, γίνεται πολλή έρευνα για την ανάπτυξη διαφορετικών τεχνικών μικροσκοπίας για την αύξηση της ανάλυσης. Αν και το πρώτο μικροσκόπιο είναι μια οπτική λύση όπου χρησιμοποιήθηκαν φακοί για τη μεγέθυνση των εικόνων, τα τρέχοντα μικροσκόπια υψηλής ανάλυσης ακολουθούν διαφορετικές προσεγγίσεις. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM) και το μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) βασίζονται σε δύο τέτοιες διαφορετικές προσεγγίσεις.
Μικροσκόπιο Ατομικής Δύναμης (AFM)
Το AFM χρησιμοποιεί ένα άκρο για να σαρώσει την επιφάνεια του δείγματος και το άκρο ανεβαίνει και κατεβαίνει ανάλογα με τη φύση της επιφάνειας. Αυτή η ιδέα είναι παρόμοια με τον τρόπο με τον οποίο ένας τυφλός καταλαβαίνει μια επιφάνεια περνώντας τα δάχτυλά του σε όλη την επιφάνεια. Η τεχνολογία AFM εισήχθη από τους Gerd Binnig και Christoph Gerber το 1986 και ήταν εμπορικά διαθέσιμη από το 1989.
Η άκρη είναι κατασκευασμένη από υλικά όπως διαμάντι, πυρίτιο και νανοσωλήνες άνθρακα και στερεώνεται σε πρόβολο. Όσο μικρότερο είναι το άκρο υψηλότερη η ανάλυση της απεικόνισης. Τα περισσότερα από τα σημερινά AFM έχουν ανάλυση νανομέτρων. Για τη μέτρηση της μετατόπισης του προβόλου χρησιμοποιούνται διαφορετικοί τύποι μεθόδων. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι η χρήση μιας δέσμης λέιζερ που ανακλάται στον πρόβολο, έτσι ώστε η εκτροπή της ανακλώμενης δέσμης να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως μέτρο της θέσης του προβόλου.
Δεδομένου ότι το AFM χρησιμοποιεί τη μέθοδο αίσθησης της επιφάνειας με τη χρήση μηχανικού καθετήρα, είναι σε θέση να παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα του δείγματος ανιχνεύοντας όλες τις επιφάνειες. Επιτρέπει επίσης στους χρήστες να χειρίζονται τα άτομα ή τα μόρια στην επιφάνεια του δείγματος χρησιμοποιώντας το άκρο.
Ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM)
Το SEM χρησιμοποιεί δέσμη ηλεκτρονίων αντί για φως για απεικόνιση. Έχει μεγάλο βάθος πεδίου που επιτρέπει στους χρήστες να παρατηρούν μια πιο λεπτομερή εικόνα της επιφάνειας του δείγματος. Το AFM έχει επίσης περισσότερο έλεγχο στην ποσότητα μεγέθυνσης καθώς χρησιμοποιείται ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα.
Στο SEM, η δέσμη των ηλεκτρονίων παράγεται χρησιμοποιώντας ένα πιστόλι ηλεκτρονίων και διέρχεται από μια κατακόρυφη διαδρομή κατά μήκος του μικροσκοπίου που τοποθετείται σε κενό. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία με φακούς εστιάζουν τη δέσμη ηλεκτρονίων στο δείγμα. Μόλις η δέσμη ηλεκτρονίων χτυπήσει στην επιφάνεια του δείγματος, εκπέμπονται ηλεκτρόνια και ακτίνες Χ. Αυτές οι εκπομπές ανιχνεύονται και αναλύονται προκειμένου να εμφανιστεί η εικόνα υλικού στην οθόνη. Η ανάλυση του SEM είναι σε κλίμακα νανομέτρων και εξαρτάται από την ενέργεια της δέσμης.
Δεδομένου ότι το SEM λειτουργεί σε κενό και χρησιμοποιεί επίσης ηλεκτρόνια στη διαδικασία απεικόνισης, θα πρέπει να ακολουθούνται ειδικές διαδικασίες κατά την προετοιμασία του δείγματος.
Το SEM έχει πολύ μεγάλη ιστορία από την πρώτη του παρατήρηση που έγινε από τον Max Knoll το 1935. Το πρώτο εμπορικό SEM ήταν διαθέσιμο το 1965.
Διαφορά μεταξύ AFM και SEM
1. Το SEM χρησιμοποιεί μια δέσμη ηλεκτρονίων για απεικόνιση, όπου το AFM χρησιμοποιεί τη μέθοδο αίσθησης της επιφάνειας χρησιμοποιώντας μηχανική ανίχνευση.
2. Το AFM μπορεί να παρέχει τρισδιάστατες πληροφορίες της επιφάνειας αν και το SEM δίνει μόνο μια δισδιάστατη εικόνα.
3. Δεν υπάρχουν ειδικές επεξεργασίες για το δείγμα στο AFM σε αντίθεση με το SEM όπου πρέπει να ακολουθούνται πολλές προεπεξεργασίες λόγω του περιβάλλοντος κενού και της δέσμης ηλεκτρονίων.
4. Το SEM μπορεί να αναλύσει μεγαλύτερη επιφάνεια σε σύγκριση με το AFM.
5. Το SEM μπορεί να εκτελέσει ταχύτερη σάρωση από το AFM.
6. Αν και το SEM μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για απεικόνιση, το AFM μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον χειρισμό των μορίων εκτός από την απεικόνιση.
7. Το SEM που εισήχθη το 1935 έχει πολύ μεγαλύτερη ιστορία σε σύγκριση με το AFM που εισήχθη πρόσφατα (το 1986).
