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nGauge AFM
ICSPI
A ICSPI projeta, produz e vende microscópios de varredura de ponta única para Ensino, pesquisa e indústria, que incluem análise de falha e controle de qualidade, chegando ao limite do que é possível em metrologia em escala nanométrica com especialistas de alto nível trabalhando com a tecnologia patenteada CMOS-MEMS. ICSPI está localizada em Kitchener-Waterloo, Ontario, Canadá.Imageamento em escala nanométrica nunca foi tão fácil
Obtenha topografia em resolução nanométrica em uma mesa comum e em três cliques usando o nGauge da ICSPI
Imagens nanométricas 3D em apenas três cliques
• 2 min entre posicionar a amostra e obter seus dados
• Aproximação automática entre amostra e a ponta
Simples de montar e de usar
• Simplesmente conecte o os cabos de força e USB
• Posicione a ponta e coloque a amostra para iniciar a coleta
• Sem a necessidade de mesa antivibratória
Especificações
Topografia
Um AFM gera uma representação tridimensional da superfície sobre a qual faz a varredura. Diferentemente de um microscópio óptico ou eletrônico, o AFM coleta dados topográficos, o que significa que é possível analisar formato e tamanho de detalhes individualmente, como os sulcos em uma mídia de DVD ou determinar a densidade de partículas ou o número delas em uma certa área da amostra.
A imagem à esquerda é uma imagem topográfica obtida por AFM de um cristal fotônico. As dimensões da imagem são de 10 µm × 10 µm.
A coloração não é real. O contraste é usado para diferenciar pontos elevados (cor clara) e rebaixados (cor escura). Uma estrutura alta, como os círculos na imagem, aparecem como dourado brilhante enquanto que a área baixa é vista como região escura.
A escala à direita se refere à dimensão vertical e mostra que as estruturas mais altas nesta área têm altura aproximada de 800 nm. A imagem à direita é uma representação tridimensional da superfície, usando os dados topográficos da imagem à esquerda.
Medida de Espessura / Perfil de Linha
O perfil de linha gerado fornece o perfil de elevação em uma linha selecionada na área. À esquerda, está uma linha de 20 µm de comprimento na interface entre o substrato e a camada depositada. A região escura à esquerda corresponde ao substrato exposto (sem recobrimento), e à direita está a região clara, que corresponde à região recoberta com material depositado.
A figura do meio é uma visualização tridimensional da imagem topográfica, e à direita é mostrado o gráfico da linha de perfil através da linha selecionada na região analizada.
Através do perfil de espessura e usando as ferramentas estatísticas do software Gwyddion, é possível determinar que a espessura da camada depositada é de aproximadamente 82 nm.
O nGauge é capaz de medir espessuras de 10 nm a 10 µm ou até uma faixa maior, dependendo das condições da amostra.
Rugosidade da Superfície
Rugosidade é um componente da textura de uma superfície: um valor maior de rugosidade significa que a superfície é mais rugosa. Rugosidade é também conhecido como acabamento da superfície. A rugosidade aritmética (Ra) e a rugosidade quadrática media (Rq) são parâmetros comumente usados para descrever a rugosidade.
Diferentes tipos de dispositivos, como perfilômetros ópticos, usam dados de uma linha de scan para calcular a rugosidade. Como um AFM coleta dados topográficos em duas dimensões, a rugosidade pode ser calculada para toda a área bidimensional escaneada, ao invés de usar apenas dados unidimensionais. Os parâmetros de rugosidade bidimensionais são a rugosidade aritmética (Sa) e RMS (Sq).
O AFM nGauge pode ser usado para determinar com precisão a rugosidade de uma superfície de lados entre 10 nm e 4 µm. A rugosidade da superfície de uma amostra pode ser facilmente determinada utilizando as ferramentas estatísticas do Gwyddion.
Uma imagem de AFM de uma liga de titânio e alumínio é mostrada na figura abaixo à esquerda juntamente com os dados estatísticos obtidos do Gwyddion, onde vemos que a rugosidade RMS é 11,81 nm.
Para dar um exemplo de aplicação da medida da rugosidade de uma superfície, um estudo publicado em dezembro de 2017 no Journal of Esthetic and Restorative Dentistry pelo grupo do prof. Richard Prince com a colaboração do Prof. Laurent Kreplak da Dalhousie University, em Halifax – Canadá, usou o nGauge para determinar o efeito de uma escova de dentes na escovação de um compósito dental.
Análise e Contagem de Partículas
Análise de Partículas é uma aplicação bastante difundida de AFM. Uma linha de perfil pode ser usada para observar partículas individuais, mas para mais do que algumas partículas, é melhor usar uma automação para análises de rotina. Uma rotina de segmentação de análises faz exatamente isto através da separação entre as partículas e a superfície sobre a qual estão depositadas. Rotinas de segmentação podem também ser usadas em softwares de contagem de partículas assim como ImageJ pode ser usado para segmentação.
É possível complementar imagens topográficas com uma imagem de fase para determinar se as partículas estão de fato separadas e se são de fato diferentes do substrato. Este modo de operação é descrito em detalhes abaixo.
Imagem de Fase
Quando operando em um modo chamado Tapping Mode, um AFM gera duas imagens diferentes: a imagem topográfica e a imagem de fase. A imagem de fase é formada a partir do deslocamento da fase do sinal: o phase shift, que é o atraso entre o sinal enviado à amostra e o sinal recebido. Esse atraso é causado pela interação entre a ponta do AFM e a superfície, e pode ser afetado por forças adesivas, de fricção e viscoelásticas.
Regiões com diferentes propriedades de materiais podem ser diferenciadas usando o contraste da imagem de fase. Como a imagem topográfica e a imagem de fase são geradas ao mesmo tempo, a análise de ambas imagens pode revelar informações que podem passar desapercebidas ao se analisar apenas uma delas.
Abaixo estão exemplos de imagens de topografia (esquerda) e fase (direita) de um compósito sílica-polímero. Na esquerda, é possível observar algumas poucas partículas que se destacam acima da superfície: elas aparecem mais claras pois se sobressaem verticalmente. Não são claras a estrutura e a morfologia do restante da imagem. A imagem de fase à direita mostra claramente esta informação: as áreas escuras são regiões com pequeno deslocamento de fase (cerca de 50 °), enquanto que as áreas claras possuem um deslocamento de fase muito mais pronunciado (cerca de 30 °) e representam a matriz polimérica. Isto ocorre porque as partículas de sílica possuem propriedades muito diferentes das da matriz polimérica.
Aplicações
Polímeros e Compósitos Em três cliques, dados de topografia e propriedades mecânicas são obtidos com o nGauge com elevada resolução espacial. Obtenha um scan de 128 x 128 pixels em apenas 16 segundos ou um scan de 256 x 256 pixels em pouco mais de um minuto, e mais de 30 amostras em uma hora. Rapidez na caracterização de morfologia em escalas micro e nanométricas e distribuição de materiais em compósitos e polímeros de múltiplas fases. Obtenha resolução vertical de 1 nm e imagens de até 1024 x 1024 pixels. Projetado tanto para aplicações em pesquisa e desenvolvimento como para indústria, com incrível facilidade de operação, velocidade de obtenção de dados e resultados valiosos. Imagens (da esquerda para a direita):
- Copolímeros, mostrando alto contraste entre as duas fases. - Imagem topográfica do termopolímero ABS, mostrando as diferenças na microestrutura da matriz polimérica. - Imagem de fase do compósito de sílica e pokímero, mostrando o contraste entre as partículas de sílica (duras) e a matriz polimérica (macia). - Imagem topográfica do compósito de sílica e polímero. As partículas se sobressaem do plano do polímero em 1-3 µm. - Imagem de fase do polímero acronitrila-butadieno-estireno (ABS). Os pontos escuros revelam bolsões de butadieno com elevado contraste. |
Dispositivos Semicondutores e Microfabricação Obtenha um scan de 128 x 128 pixels em apenas 16 segundos ou um scan de 256 x 256 pixels em pouco mais de um minuto, e mais de 30 amostras em uma hora. • Topografia e reconstrução tridimensional • Linha de perfil • Rugosidade • Imagem de fase • Contagem de partículas Imagens (da esquerda para a direita):
- Células SRAM Intel de 22 nm. - Filme fino de óxido de vanádio, depositado usando sistema PFV. Imagem topográfica. Ranhura no filme no canto inferior direito. - Degraus em um retículo cristalino de carbeto de silício. A altura de cada degrau é de 1,5 nm. |
Metais, Minerais e Cerâmicas Determine com precisão o acabamento da amostra em escalas micro e nanométricas para aperfeiçoar seus processos em detalhes. Obtenha resolução vertical de 1 nm. Uma imagem típica de 256 x 256 pixels leva apenas 90 segundos, incluindo o setup do equipamento. Confiabilidade, reprodutibilidade e precisão em medidas em campo e sem a necessidade de instalações exclusivas. Suporte de amostra customizável para conter amostras grandes e irregulares. Muito além de topografia: • Topografia e reconstrução 3D • Perfil de linha (altura de degraus) • Rugosidade de superfície • Imagem de fase • Contagem de partículas Imagens (da esquerda para a direita):
- Aragonita em uma peça de joia. Imagem topográfica. - Impressão 3D de uma liga de titânio com polimento. Imagem topográfica. - Aço polido com diamantes de 9 microns. Cortesia de Akasel A/S. - Estágio customizado para Akasel A/S para amostras altas. |
Nanopartículas e Nanomateriais Resolução nanométrica permite caracterização precisa da morfologia da sua amostra. Imagens de fase fornecem informações sobre as propriedades dos materiais juntamente com a topografia. nGauge pode ser usado para: • Topografia e reconstrução 3D • Perfil de linha (altura de degraus) • Rugosidade de superfície • Imagem de fase • Contagem de partículas Triagens rápidas de amostras antes de leva-las ao microscópio eletrônico, resultando em economia de tempo e dinheiro. Ultra portátil: pesando apenas 500 g, nGauge pode ser facilmente transportado para uma sala limpa ou glovebox. Imagens (da esquerda para a direita):
- Cobalt particles (1 - 5 nm diameter). Topography image. - Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) on a glass slide. Topography image. Scale bar is in nm. |
Biologia e Ciências da Vida Não há a necessidade de procedimentos demorados e custosos para a preparação de amostras: obtenha resultados em temperatura e pressão ambientes. Não há necessidade de alinhamento por laser: a amostra entra em contato com o tip em 10 segundos, e scan de 256x256 em 80 segundos. Rapidez e eficiência na preparação para microscopia eletrônica, economizando tempo e custo. Imagens (da esquerda para a direita):
- Topografia da asa de uma borboleta - Fibra de colágeno com faica de 67 nm de largura. Imagem de fase - Vírus de insetos secos em placa de vidro. Vírus medem 100 nm. Imagem topográfica. |
Óptica e Fotônica Em três cliques, dados de topografia e propriedades mecânicas são obtidos com o nGauge com elevada resolução espacial. Obtenha um scan de 128 x 128 pixels em apenas 16 segundos ou um scan de 256 x 256 pixels em pouco mais de um minuto, e mais de 30 amostras em uma hora. Imagens (da esquerda para a direita):
- Retículos cristalinos de carbeto de silício. As regiões altas têm 1,5 nm de altura. - Cristais fotônicos em uma imagem topográfica. - Representação tridimensional do cristal fotônico. |
Ensino Coloque o nGauge em operação em qualquer lugar com um sistema robusto e portátil. Apenas três cliques até a obtenção de imagens nanométricas em alta qualidade. Use o nGauge em uma mesa comum, sem a necessidade de mesas anti-vibração grandes e caras. Apresente as técnicas de análise nanométrica a estudantes de um jeito prático, fácil e interessante. Imagens (da esquerda para a direita):
- Topografia da asa de uma borboleta - Demonstração do nGauge em uma escola sobre uma carteira comum. - Imagem topográfica de uma rede de difração para calibração com padrão triangular. |