AFM vs SEM
Tarve tutkia pienempää maailmaa, on kasvanut nopeasti uusien teknologioiden, kuten nanoteknologian, mikrobiologian ja elektroniikan, viimeaikaisen kehityksen myötä. Koska mikroskooppi on työkalu, joka tuottaa suurennettuja kuvia pienemmistä kohteista, on tehty paljon tutkimusta erilaisten mikroskooppitekniikoiden kehittämisessä resoluution lisäämiseksi. Vaikka ensimmäinen mikroskooppi on optinen ratkaisu, jossa linssejä käytettiin kuvien suurentamiseen, nykyiset korkearesoluutioiset mikroskoopit noudattavat erilaisia lähestymistapoja. Pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM) ja atomivoimamikroskooppi (AFM) perustuvat kahteen tällaiseen erilaiseen lähestymistapaan.
Atomic Force Microscope (AFM)
AFM skannaa näytteen pinnan kärjen avulla ja kärki kulkee ylös ja alas pinnan luonteen mukaan. Tämä käsite on samanlainen kuin tapa, jolla sokea ymmärtää pinnan pyörittämällä sormellaan koko pintaa. AFM-tekniikan esittelivät Gerd Binnig ja Christoph Gerber vuonna 1986, ja se on ollut kaupallisesti saatavilla vuodesta 1989.
Kärki on valmistettu materiaaleista, kuten timantista, piistä ja hiilinanoputkista, ja se on kiinnitetty ulokkeeseen. Mitä pienempi kärki, sitä suurempi kuvan resoluutio. Useimmilla nykyisillä AFM-laitteilla on nanometrin resoluutio. Ulokkeen siirtymän mittaamiseen käytetään erilaisia menetelmiä. Yleisin menetelmä on käyttää lasersädettä, joka heijastaa ulokkeesta niin, että heijastuneen säteen taipumaa voidaan käyttää ulokkeen asennon mittana.
Koska AFM käyttää menetelmää, jossa pinta tunnetaan mekaanisen anturin avulla, se pystyy tuottamaan 3D-kuvan näytteestä tutkimalla kaikkia pintoja. Sen avulla käyttäjät voivat myös käsitellä näytteen pinnalla olevia atomeja tai molekyylejä kärjen avulla.
Skannauselektronimikroskooppi (SEM)
SEM käyttää kuvantamiseen elektronisuihkua valon sijaan. Siinä on suuri syväterävyys, jonka avulla käyttäjät voivat tarkkailla yksityiskohtaisempaa kuvaa näytepinnasta. AFM:llä on myös enemmän suurennusmäärän hallintaa, koska käytössä on sähkömagneettinen järjestelmä.
SEM:ssä elektronisäde tuotetaan elektronipistoolilla ja se kulkee pystysuoran reitin pitkin tyhjiöön sijoitettavaa mikroskooppia pitkin. Sähkö- ja magneettikentät linsseillä keskittävät elektronisäteen näytteeseen. Kun elektronisäde osuu näytteen pintaan, elektroneja ja röntgensäteitä emittoidaan. Nämä päästöt tunnistetaan ja analysoidaan materiaalikuvan saattamiseksi näytölle. SEM:n resoluutio on nanometrin mittakaavassa ja se riippuu säteen energiasta.
Koska SEM:ää käytetään tyhjiössä ja se käyttää myös elektroneja kuvantamisprosessissa, näytteen valmistelussa tulee noudattaa erityisiä toimenpiteitä.
SEM:llä on erittäin pitkä historia Max Knollin ensimmäisestä havainnosta vuonna 1935. Ensimmäinen kaupallinen SEM oli saatavilla vuonna 1965.
Ero AFM:n ja SEM:n välillä
1. SEM käyttää elektronisuihkua kuvantamiseen, kun AFM käyttää menetelmää pinnan tuntemiseen mekaanisella koetuksella.
2. AFM voi tarjota pinnasta kolmiulotteisia tietoja, vaikka SEM antaa vain 2-ulotteisen kuvan.
3. Näytteelle ei ole erityisiä käsittelyjä AFM:ssä toisin kuin SEM:ssä, jossa on noudatettava monia esikäsittelyjä tyhjiöympäristön ja elektronisuihkun vuoksi.
4. SEM voi analysoida suuremman pinta-alan kuin AFM.
5. SEM voi suorittaa nopeamman skannauksen kuin AFM.
6. Vaikka SEM:ää voidaan käyttää vain kuvantamiseen, AFM:ää voidaan käyttää molekyylien manipuloimiseen kuvantamisen lisäksi.
7. Vuonna 1935 esitellyllä SEM:llä on paljon pidempi historia verrattuna äskettäin (vuonna 1986) käyttöön otettuun AFM:ään.
