Descripció, funcionament i utilització experimental d'un microscopi de forces atòmiques
Autor: Maura Farrando Mendoza
Centre: INST.SAMUEL GILI I GAYA
Document:
1. Introducció i marc teòric
L'AFM (Microscopi de Forces Atòmiques) està directament relacionat amb els processos innovadors d'investigació del món de la nanotecnologia i de la nanociència. Això precisament passa perquè no només pot recrear la topografia d'una mostra a nivell nanomètric sinó que també pot obtenir la imatge de les diferents interaccions o forces que es produeixen entre dos materials a escala nano-newton ja siguin conductors o no. En aquest treball s'estudia els continguts i fenòmens físics que envolten el microscopi de forces atòmiques per tal d'entendre la seva utilització experimental que forma la part pràctica del treball i és, a la vegada, una de les seves aplicacions en la física dels materials.
El que realment em va impulsar a fer aquest treball de recerca va ser que poc després de saber algunes coses sobre aquest tema vaig veure que la nanotecnologia és un camp per explotar en la investigació i que aquest microscopi va ser i és una eina per descobrir-la. Per poder analitzar una de les seves aplicacions el vaig construir. Ho vaig poder fer gràcies a CatalunyaCaixa i gràcies a Jordi Fraxedas, investigador del Centre d'Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) de la Universitat Autònoma de Barcelona.
2. Objectius del projecte d'investigació
L'objectiu principal, tal i com diu el títol, és descriure el microscopi de forces atòmiques, explicar-ne el funcionament concretant les parts que el formen i utilitzar-lo experimentalment. D'altra banda, un dels meus reptes era portar a la pràctica allò que a l'institut és tan teòric, com la força de Van der Waals. Volia veure com s'atreien els materials quan la distància que els separava fos de nanòmetres. No només això sinó que volia arribar-la a quantificar. A més a més, durant el procediment d'analitzar una mostra per observar aquesta força, em van sorgir dubtes seriosos: saber quina era la força que feia que un material, que estava subjectat a una palanca, podia arribar a fer-la flexionar fins que aquesta ja no ho podia suportar més i tornava a la seva posició inicial. No es podia tractar de la força esmentada sinó que de l'adherència, una de les seves aplicacions.
3. Resultats i conclusions
Per quantificar la força de Van der Waals i l'adherència vaig extreure un gràfic d'una corba de forces on es posa de manifest el valor de la força que s'experimenta respecte de la variació de longitud del tub piezoelèctric que és el dispositiu que ens permet apropar els dos materials mitjançant l'aplicació d'uns voltatges. La quantificació és aproximada ja que, encara que prenguéssim mesures, com que el microscopi no està sotmès al buit, hi ha soroll. He pogut comprovar que l'AFM va ser i és una eina fonamental en la investigació de la nanotecnologia, la ciència que ha estat el fonament de tot el treball.
L'AFM (Microscopi de Forces Atòmiques) està directament relacionat amb els processos innovadors d'investigació del món de la nanotecnologia i de la nanociència. Això precisament passa perquè no només pot recrear la topografia d'una mostra a nivell nanomètric sinó que també pot obtenir la imatge de les diferents interaccions o forces que es produeixen entre dos materials a escala nano-newton ja siguin conductors o no. En aquest treball s'estudia els continguts i fenòmens físics que envolten el microscopi de forces atòmiques per tal d'entendre la seva utilització experimental que forma la part pràctica del treball i és, a la vegada, una de les seves aplicacions en la física dels materials.
El que realment em va impulsar a fer aquest treball de recerca va ser que poc després de saber algunes coses sobre aquest tema vaig veure que la nanotecnologia és un camp per explotar en la investigació i que aquest microscopi va ser i és una eina per descobrir-la. Per poder analitzar una de les seves aplicacions el vaig construir. Ho vaig poder fer gràcies a CatalunyaCaixa i gràcies a Jordi Fraxedas, investigador del Centre d'Investigació en Nanociència i Nanotecnologia (CIN2) de la Universitat Autònoma de Barcelona.
2. Objectius del projecte d'investigació
L'objectiu principal, tal i com diu el títol, és descriure el microscopi de forces atòmiques, explicar-ne el funcionament concretant les parts que el formen i utilitzar-lo experimentalment. D'altra banda, un dels meus reptes era portar a la pràctica allò que a l'institut és tan teòric, com la força de Van der Waals. Volia veure com s'atreien els materials quan la distància que els separava fos de nanòmetres. No només això sinó que volia arribar-la a quantificar. A més a més, durant el procediment d'analitzar una mostra per observar aquesta força, em van sorgir dubtes seriosos: saber quina era la força que feia que un material, que estava subjectat a una palanca, podia arribar a fer-la flexionar fins que aquesta ja no ho podia suportar més i tornava a la seva posició inicial. No es podia tractar de la força esmentada sinó que de l'adherència, una de les seves aplicacions.
3. Resultats i conclusions
Per quantificar la força de Van der Waals i l'adherència vaig extreure un gràfic d'una corba de forces on es posa de manifest el valor de la força que s'experimenta respecte de la variació de longitud del tub piezoelèctric que és el dispositiu que ens permet apropar els dos materials mitjançant l'aplicació d'uns voltatges. La quantificació és aproximada ja que, encara que prenguéssim mesures, com que el microscopi no està sotmès al buit, hi ha soroll. He pogut comprovar que l'AFM va ser i és una eina fonamental en la investigació de la nanotecnologia, la ciència que ha estat el fonament de tot el treball.