tema 8 caracterización mecánica de materiales por afm tema 8

UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRIDUNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID

MicroscopMicroscopíía de Fuerza Ata de Fuerza Atóómicamica

Tema 8. CaracterizaciTema 8. Caracterizacióón Mecn Mecáánica de Materiales por AFM.nica de Materiales por AFM. 1

Tema 8

Caracterización Mecánica

de Materiales por AFM

Tema 8

Caracterización Mecánica

de Materiales por AFM

Programa de POSTGRADO de la Universidad Carlos III de Madrid

1

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química

Dania OlmosFco. Javier González Benito




1. Análisis de fase

2. Curvas de fuerza

3. Force Volume

4. Force Modulation

5. Nanoindentación

6. Nano-rayado y nano-desgaste

7. Lateral Force Microscopy (LFM)




2. Curvas de Fuerza2. Curvas de FuerzaSe utilizan para medir interacciones punta-muestra y determinar la magnitud de contacto

http://www2.warwick.ac.uk/fac/sci/chemistry/cim/research/electrochemistry/research/afm/




2. Curvas de Fuerza2. Curvas de Fuerza

¿Qué es una curva de fuerza?

Representación de la fuerza ejercida sobre la muestra en función de la distancia punta-muestra.

Permiten detectar la fuerza que siente la micropalanca o cantilever en función de la distancia a la superficie de la muestra.

Fuerzas punta-muestra

F = k·x donde k es la constante de fuerza de la micropalanca y x la deflexión





Fuerza de adhesiónelevadas

Fuerzas de adhesiónpequeñas

Muestra rígida Muestra blanda

Presencia de fuerzas repulsivas de largo alcance

Presencia de fuerzas atractivas de corto alcance

Imagen adaptada (Figura original de S.N. Magonov, M.H. Whangbo en “Surface Analysis with STM and AFM”, VCH, 1996).





Deflexión 240 nm/div

LDPE HDPE

Deflexión 240 nm/div

Z – 101.95 nm/divZ – 101.95 nm/div

60 µmDsp = -0.7V

Dsp = 1 V

Imágenes de alturas

CM-AFM

Curvas de fuerza: DvZ

Imágenes originales (D.Olmos).Muestra: copolímero en multicapas de LDPE y HDPE cortesía de S.N. Magonov y N. Yerina (Veeco)




3. Volumen de fuerzas (3. Volumen de fuerzas (Force VolumeForce Volume))

Images courtesy of Veeco Instruments Inc.




3. Volumen de fuerzas (3. Volumen de fuerzas (Force VolumeForce Volume))

Image courtesy of Veeco Instruments Inc.

Mapa de adhesión de una interfase platino/vidrio. Los píxeles más claros representan mayor adhesión.




4. AFM con modulaci4. AFM con modulacióón de fuerza (n de fuerza (Force ModulationForce Modulation))

- Se obtiene contraste entre regiones de diferente elasticidad

Fundamento

- Oscilaciones de cantilever ⇒ pequeñas indentaciones.






Cantilever Cantilever length Spring constant

Standard Silicon Nitride

100‐200 µm 0.01 – 0.6 N/m

Oxide‐sharpened Silicon Nitride

100‐200 µm 0.01 – 0.6 N/m

Contact AFM Etched Silicon

450 µm 0.02 – 0.1 N/m

Force Modulation Etched Silicon

225 µm 1 – 5 N/m

TappingMode Etched Silicon

125‐225 µm 20 – 100 N/m

Har

der

Softe

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Fibras de C en una matriz epoxihttp://pagesperso-orange.fr/scientec/html_en/departement/surface/nanotest_en.htm#




5. Nanoindentaci5. NanoindentacióónnEtapas

1. Acercamiento punta-muestra2. Contacto punta-muestra3. Indentación4. Alejamiento punta-muestra5. Obtención de imagen de huella

Images courtesy of Veeco Instruments Inc.




5. Nanoindentaci5. Nanoindentacióónn

( )

(b)

Fibra de vidrio Resina epoxi

Imágenes originales (D. Olmos, J. González-Benito)





Horizontal: 265 nm Vertical: 37 nm

Imágenes originales (D. Olmos, J. González-Benito)

Huellas de nanoindentación (Imagen de Alturas, izq., y de Fase, derecha) en la matriz epoxi de un material compuesto (epoxi-fibra de vidrio)





S.-L. Gao and E. Mäder, Composites Part A 33 (2002), p. 559

6. Nano6. Nano--rayado y nanorayado y nano--desgastedesgaste





7. Lateral Force Microscopy (LFM)7. Lateral Force Microscopy (LFM)

Esquemas adaptados de: http://www.mechmat.caltech.edu/~kaushik/park/1-4-0.htm

Deflexión vertical

Componente lateral

Componente vertical

Detector

Muestra

Imagen LFM

Detector

Muestra

Imagen LFM




7. Lateral Force Microscopy (LFM)7. Lateral Force Microscopy (LFM)

http://www.ntmdt.com/SPM-Techniques/SPM-Methodology/Lateral_Force_Microscopy_LFM/text44.html

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