AFM

La Microscopie à Force Atomique est une technique permettant de visualiser avec une résolution nanométrique la morphologie tridimensionnelle de la surface d’un matériau, et de cartographier certaines de ses propriétés (adhésives, mécaniques, magnétiques, électriques, …).

Le principe de l’AFM est basé sur l’interaction entre la surface de l’échantillon à analyser et une sonde nanométrique, fixée sous un micro-levier. La pointe balaye la surface et suit la topographie de l’échantillon, donnant une image tridimensionnelle du matériau analysé.

L’aire maximale accessible est de 170×170 µm2 et la résolution ultime est de l’ordre du dixième de nanomètre. Cette technique permet l’observation des surfaces à l’air et en milieu liquide.

 

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Image AFM (phase) de polymère, 5 µm x 5 µm
 

Applications

  • Analyse de tous types de matériaux : polymères, échantillons biologiques, poudres, métaux, verres, …
  • Analyses morphologiques tridimensionnelles (étude d’usinage, étude de corrosion, structure de nano et microparticules, suivi de la morphologie au cours du temps…)
  • Mesures des paramètres de rugosité
  • Cartographie des propriétés adhésives / viscoélastiques
  • L’aire observable est au maximum de 170 µm x170 µm (variation en z 5µm maximum). Pour observer des zones plus grandes ou nécessitant un débattement en z plus grand, on préférera utiliser un profilomètre optique.

Principe de fonctionnement

    
Le principe de l’AFM repose sur la mesure des différentes forces d’interaction (forces de répulsion ionique, forces de Van-der-Waals, forces électrostatiques, etc…) entre les atomes de la surface à observer et les atomes d’une pointe-sonde.

AFM – Schéma de principe
AFM – Schéma de principe

La pointe est fixée sous un microlevier flexible ou cantilever, de raideur donnée. L’échantillon est quant à lui posé sur céramique piezo-électrique contrôlant les déplacements dans les 3 directions X, Y, Z. Lorsque l’échantillon est approché de la pointe, les forces d’interaction pointe/échantillon provoquent une déflexion du microlevier proportionnelle à l’intensité de la force. Un faisceau laser, réfléchi sur la face arrière du microlevier et dirigé sur une photodiode 4 quadrants, permet de mesurer cette déflexion.

Dans le premier mode d’utilisation de cette technique, le  « mode contact », la déflexion du microlevier est maintenue constante par une boucle d’asservissement pendant que l’échantillon est déplacé en X, Y et Z. Une image topographique tridimensionnelle peut ainsi être obtenue.

AFM
AFM Image (topography) of Ti, 10µm x 10µm

Documents for download

ATOMIC FORCE MICROSCOPY
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