Khám phá đặc tính cơ học nano với AFM: Đo mô đun đàn hồi, tính chất nhớt đàn hồi, ma sát và độ bám dính
Khả năng mô tả đa dạng các tính chất ở cấp độ nano cùng với địa hình trong bất kỳ môi trường nào là chìa khóa cho sức mạnh và khả năng ứng dụng rộng rãi của kính hiển vi lực nguyên tử. Mặc dù việc tiếp cận các tính chất trong lĩnh vực đo lường điện, nhiệt, hóa học và điện hóa cũng rất phổ biến, nhưng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) được biết đến nhiều nhất với khả năng độc đáo trong việc đo lường các tính chất cơ học.
Ghi chú ứng dụng này cung cấp tổng quan về đặc tính cơ học nano bằng AFM, tập trung vào các phép đo các tính chất cơ học phổ biến nhất ở cấp độ nano: mô đun đàn hồi, tính chất nhớt đàn hồi, ma sát và độ bám dính. Các phép đo được mô tả vượt ra ngoài phạm vi so sánh cơ học chung để cung cấp thông tin bán định lượng và định tính về từng tính chất cơ học.
Những nội dung chính được trình bày:
Hệ thống phân loại và cách tiếp cận các chế độ đo cơ học khác nhau của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM).
Có được mô tả rõ ràng cho từng nhóm tính chất cơ học, dễ hiểu ngay cả với người mới bắt đầu sử dụng AFM.
Xem các ví dụ minh họa cho từng nhóm tính chất, với mẫu thực tế và dữ liệu đo cụ thể.
Các chế độ hoạt động của cơ học nano
Khi được phát triển cách đây hơn 30 năm, kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) nhanh chóng trở nên nổi tiếng nhờ kênh tương phản cơ học gọi là ảnh pha (phase imaging) — một phép đo vốn có trong chế độ tapping, tạo ra độ tương phản dựa trên sự kết hợp của nhiều tính chất cơ học khác nhau. Tuy nhiên, các phép đo được mô tả trong tài liệu ứng dụng này vượt xa mức tương phản cơ học tổng quát đó, nhằm cung cấp thông tin bán định lượng và định lượng về từng tính chất cơ học riêng lẻ.
Một cách hữu ích để phân loại các chế độ khác nhau là dựa trên kiểu tương tác giữa đầu dò AFM và mẫu vật. Theo cách tiếp cận này, có thể chia thành ba nhóm chính: đầu dò dao động tại tần số cộng hưởng của chính nó (dao động cộng hưởng); đầu dò dao động ở tần số khác với tần số cộng hưởng (dao động ngoài cộng hưởng); hoặc đầu dò/đòn bẩy không dao động mà chỉ xảy ra biến dạng không tuần hoàn khi đầu dò tiếp xúc với mẫu (tiếp xúc). Dựa trên cách phân loại này, bảng 1 trình bày một danh sách không đầy đủ các chế độ đo và các tính chất riêng lẻ mà từng chế độ có thể đo được.
