การวิเคราะห์อย่างง่ายของข้อดีและข้อเสียของกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู

การวิเคราะห์อย่างง่ายของข้อดีและข้อเสียของกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู

กล้องจุลทรรศน์วัดแรงระดับอะตอมเป็นกล้องจุลทรรศน์ที่ใช้คานยื่นขนาดเล็กเพื่อรับรู้และขยายแรงระหว่างโพรบที่แหลมบนคานยื่นกับอะตอมของตัวอย่างที่ทดสอบ เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการตรวจจับด้วยความละเอียดระดับอะตอม เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูสามารถสังเกตทั้งตัวนำและไม่ใช่ตัวนำ จึงเป็นการชดเชยข้อบกพร่องของกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูถูกประดิษฐ์ขึ้นโดย Gerd Binning แห่งศูนย์วิจัย Zurich ของ IBM และ Calvin Quate แห่งมหาวิทยาลัย Stanford ในปี 1985 โดยมีจุดประสงค์เพื่อสร้างสารที่ไม่เป็นตัวนำซึ่งคล้ายกับวิธีการสังเกตของกล้องจุลทรรศน์โพรบสแกน (SPM) ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างกล้องจุลทรรศน์แรงอะตอม (AFM) และกล้องจุลทรรศน์อุโมงค์สแกน (STM) คือไม่ใช้เอฟเฟกต์อุโมงค์อิเล็กตรอน แต่ตรวจจับการสัมผัสระหว่างอะตอม พันธะอะตอม แรงแวนเดอร์วาลส์ หรือเอฟเฟกต์คาซิเมียร์ เป็นต้น คุณสมบัติพื้นผิวของตัวอย่าง

ข้อดีของกล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณู:

กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมมีข้อดีกว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดหลายประการ ซึ่งแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนซึ่งให้ภาพสองมิติเท่านั้น AFM ให้แผนที่พื้นผิวสามมิติที่แท้จริง ในขณะเดียวกัน AFM ก็ไม่ต้องการการดูแลตัวอย่างเป็นพิเศษ เช่น การชุบทองแดงหรือการชุบคาร์บอน ซึ่งอาจทำให้ตัวอย่างเสียหายอย่างถาวร ประการที่สาม กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจำเป็นต้องทำงานภายใต้สภาวะสุญญากาศสูง ในขณะที่กล้องจุลทรรศน์แรงปรมาณูสามารถทำงานได้ดีภายใต้ความดันปกติและแม้แต่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว สามารถใช้ในการศึกษาโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีวภาพและแม้แต่เนื้อเยื่อชีวภาพที่มีชีวิต

ข้อเสียของ AFM:
เมื่อเทียบกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด ข้อเสียของ AFM คือช่วงการถ่ายภาพมีขนาดเล็กเกินไป ความเร็วช้า และโพรบได้รับผลกระทบมากเกินไป กล้องจุลทรรศน์แรงอะตอมเป็นเครื่องมือชนิดใหม่ที่มีความละเอียดสูงระดับอะตอมที่ประดิษฐ์ขึ้นหลังจากกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราดในอุโมงค์ สามารถตรวจจับคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุและตัวอย่างต่างๆ ในพื้นที่นาโนเมตร รวมถึงลักษณะทางสัณฐานวิทยา หรือดำเนินการจัดการนาโนเมตรได้โดยตรง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเซมิคอนดักเตอร์ วัสดุนาโน ชีววิทยา อุตสาหกรรมเคมี อาหาร การวิจัยทางเภสัชกรรม และวิชาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับนาโนในสถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และได้กลายเป็นเครื่องมือพื้นฐานสำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์นาโน

เมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบส่องกราด กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แรงอะตอมมีการใช้งานที่กว้างกว่าเนื่องจากสามารถสังเกตตัวอย่างที่ไม่นำไฟฟ้าได้ กล้องจุลทรรศน์แรงแบบส่องกราดซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรม มีพื้นฐานมาจากกล้องจุลทรรศน์แรงระดับปรมาณู