| |
Силовые кривые, снимаемые с помощью АСМ, представляют собой зависимость отклонения d кантилевера от перемещения по вертикали пьезосканера (z). Чтобы измерить отклонение кантилевера, лазерный пучок фокусируют на свободном конце кантилевера и отраженный луч направляют в чувствительный фотодетектор. Обычно, обратную сторону кантилевера покрывают тонкой золотой пленочкой, для лучшего отражения, это особенно важно, при работе в жидких средах.
Изначально силовая кривая это график зависимости электрического напряжения на фотодетекторе от вертикального положения сканера. С помощью калибровки кривой в области, где образец и зонд находятся в контакте, напряжение в вольтах конвертируются в отклонение кантилевера в нанометрах. Силу взаимодействия (F) определяем по закону Гука F=kd, где k — жесткость кантилевера.
Рассмотрим более подробно различные части силовой кривой (рис. 4). При большом расстоянии между зондом и образцом сила взаимодействия равна нулю (A). При приближении к поверхности кантилевер может отклониться вниз (к образцу) за счет сил притяжения (B), до тех пор, пока зонд не придет в контакт. Это произойдет, когда градиент сил притяжения станет больше жесткости кантилевера плюс градиент сил отталкивания (C). Часть кривой, описывающая приближение зонда к образцу может быть использована для определения различных поверхностных сил, включая Ван-дер-Ваальсовы силы, электростатические и стерические силы. При увеличении силы в контактном режиме форму силовой кривой можно аппроксимировать прямой, из которой можно получить информацию о вязкоэластичных свойствах исследуемого образца. В заключение опишем последнюю часть силовой кривой: когда зонд отводят от исследуемой поверхности. В этом случае часто наблюдается гистерезис, связанный с так называемыми силами адгезии (D). Этой частью силовой кривой можно воспользоваться для оценки поверхностной энергии твердых тел и для измерения силы связывания или ассоциации с отдельными биомолекулами.
Однако надо иметь в виду, что измерения с помощью силовых кривых имеют некоторые ограничения. Прежде всего, АСМ не проводит непосредственных измерений расстояния между образцом и зондом, таким образом, определение нулевого расстояния оказывается трудным и приблизительным. Кроме того, для <мягких образцов> (образцов с пониженной механической жесткостью) трудно разделить относительный вклад поверхностных сил и деформации образца. При изучении упругих свойств тонких пленок на поверхности твердой подложки происходит завышение модуля упругости. Это происходит из-за того, что зонд чувствует подлежащую под ним поверхность подложки.
|
|
