Метод Модуляции Силы

Помимо изображений рельефа поверхности, атомно-силовая микроскопия (АСМ) используется для определения механических свойств различных образцов для материаловедения и биологии в нанометровом масштабе. Классическим методом исследования наномеханических свойств является метод модуляции силы (силовая модуляционная микроскопия - FMM).

FMM основан на контактном режиме АСМ с дополнительной механической модуляцией, которая применяется к кантилеверу во время контактного сканирования. Механическая модуляция кантилевера, находящегося в контакте с образцом, приводит к возникновению различных значений амплитуды и фазового сдвига такой системы на участках с разными механическими свойствами. С помощью FMM получают изображения топографии образца одновременно с локальными наномеханическими свойствами, которые позволяют качественно дифференцировать компоненты материала в композитных образцах, например, в полимерных смесях.

Метод модуляции силы реализуется следующим образом: в процессе сканирования на Z-секцию сканера подается дополнительное модулированное напряжение, вследствие чего совершаются вертикальные периодические колебания сканера. В соответствии с локальной жесткостью поверхности образца изменяются величина продавливания образца и изгиб кантилевера. На жестких участках поверхности величина прогибов от зонда будет маленькая, а величина изгиба самого кантилевера большой. На мягких же участках глубина прогибов поверхности увеличится, а величина изгиба кантилевера – уменьшится (рисунок 1).

FMM позволяет получить более подробную информацию о составе и распределении материалов в композитных образцах. Помимо режима FMM, количественные механические свойства возможно получать с помощью методов силовой спектроскопии, а также посредством HybriD Mode.

(Mathews M. et al. Local mechanical and electrical behavior in CdTe thin film solar cells revealed by scanning probe microscopy //AIP Advances. – 2019. – Т. 9. – №. 8.)