Microscopia de Força Atômica

Páginas: 9 (2164 palavras) Publicado: 17 de setembro de 2014

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO – UFOP
ESCOLA DE MINAS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA METALÚRGICA






Microscopia de força atômica











Ouro Preto, 10 de julho de 2014
INTRODUÇÃO
A necessidade de estudar o mundo tem impulsionado a humanidade a desenvolver novas técnicas e equipamentos de análise que permitam explorar desdeamostras de dimensões consideravelmente grandes a materiais invisíveis a olho nu. Assim, aparelhos como os microscópios ópticos e eletrônicos (de varredura e de transmissão) foram de fundamental importância para auxiliar nos estudos de materiais, seres vivos, e outros que possibilitaram enxergar o mundo através de átomos. Porém, fez-se necessário estudar outros aspectos ainda não contemplados pelosequipamentos existentes. Surgiu então a microscopia de varredura por sonda, ou SPM (Scanning Probe Microscopy), que possibilitou não apenas ver, mas também manipular átomos individualmente, em escalas nanométricas.
Em 1982, Gerd Binnnig e Henrich Roher pulicaram um artigo na Physical Review Letters divulgando as técnicas de SPM, o que lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1986. A SPM englobaqualquer microscopia em que uma sonda varre a superfície de uma amostra, monitorando a interação ponta-amostra para gerar dados (em forma de imagens ou outros). Essa técnica possui diversas vantagens: possibilidade de análise de amostras biológicas, trabalho em meio líquido ou em ar, mapeamento de propriedades elétricas, magnéticas, ópticas, adesivas e com resolução que pode chegar até a escalaatômica.
Dentro da SPM, existem diversas técnicas com diferentes características que possibilitam a análise de aspectos distintos de uma mesma amostra. A tabela 01 lista algumas dessas técnicas e suas respectivas resoluções e aplicações, sendo elas AFM (Atomic Force Microscopy), MFM (Magnetic Force Microscopy), STM (Scanning Tunneling Microscopy), NSOM (Near-field Scanning Optical Microscopy), SThM(Scanning Thermal Microscopy), SICM (Scanning Ion-conductance Microscopy) e SCM (Scanning Capacitance Microscopy).

Tabela 1: resolução e aplicações de técnicas de SPM.
Esse trabalho dedica-se a apresentar os fundamentos físicos e o funcionamento da AFM, ou Microscopia de Força Atômica, que consiste em utilizar um conjunto haste-agulha (sonda) associado a uma pequena mola. À medida que a sondavarre a superfície da amostra, a força entre os átomos da ponta da agulha e os átomos da amostra provoca uma deformação, medida com um sensor óptico cujos dados são transmitidos a um computador que os converte em imagens topográficas.

PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO
O funcionamento de microscópios de varredura por sonda podem ser comparados a um deficiente visual lendo um texto em Braille. Nessecaso, a pessoa desliza os dedos sobre a folha, que possui marcações de pontos em autorrelevo que formam os vocábulos e possibilitam a leitura. Embora não capte a luz diretamente, o cego é capaz de perceber as nuances dos símbolos e transmitir impulsos nervosos ao cérebro, onde serão interpretados. Por semelhante modo, na SPM, não existem lentes que focalizam a luz ou feixes de elétrons, como nosmicroscópios ópticos e eletrônicos. Na SPM, a análise das amostras é feita por meio de varredura da superfície da amostra utilizando uma sonda, que coleta dados e os envia a um computador que será capaz de construir uma imagem topográfica do material estudado.
O princípio básico da AFM é medir forças ou interações entre uma ponteira _ chamada de cantilever _ e a superfície da amostra. O cantileverestá ligado a uma mola que, ao percorrer o material, sofre deformação. Um sensor óptico acoplado ao sistema permite detectar e transmitir os dados da magnitude da deformação a um computador, que formará uma imagem tridimensional mostrando a topografia do local analisado. A figura 01 representa, de forma simplificada, o princípio de funcionamento do microscópio de força atômica.

Figura 01:...
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