Laboratorio de Análisis por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM)
¿Qué es la Microscopía de Fuerza Atómica (AFM)?
El Microscopio de Fuerza Atómica (AFM, por Atomic Force Microscope) es un microscopio de sonda local de alta resolución que permite visualizar la topografía superficial de una muestra pero también la tribología, el comportamiento mecánico, eléctrico o químico.
La microscopía de fuerza atómica se basa en el principio de un cantilever (levier) equipado con una punta extremadamente fina (apenas unos nanómetros), que escanea la superficie de una muestra.
Las interacciones entre la punta y la superficie generan señales traducidas en imágenes 3D de alta resolución.
En efecto, el propio principio del estudio microscópico se basa en la luz. Sin embargo, una vez en el universo de lo infinitamente pequeño (menos de unos pocos cientos de nanómetros), la observación condicionada por la luz se vuelve imposible, ya que el límite de resolución es del orden de 100 µm.
El análisis por AFM permite superar estos límites, ya que este tipo de microscopía funciona midiendo las interacciones atractivas o repulsivas entre la punta del AFM y la superficie de la muestra. La resolución del AFM es de 1 Å, es decir, 0,1 nm lateral y verticalmente.
El laboratorio FILAB dispone de equipos AFM de vanguardia para el análisis de superficies y, en particular, la caracterización de nanomateriales.
Servicios de AFM en FILAB
Análisis de superficie y caracterización topográfica
Caracterización de nanostructuras mediante medición AFM
Verificación de la homogeneidad de un recubrimiento o de una funcionalización de superficie
Medición de partículas
Estudio comparativo de superficie AFM vs MEB
Caracterización de propiedades superficiales
Medición de espesor
Mediciones mecánicas locales
Búsqueda de tensiones mecánicas que puedan estar en el origen de una rotura
Medición mecánica localizada en el marco de una no conformidad o de un control de pieza
Nanomateriales y peritaje AFM avanzado
Formación en AFM (acompañamiento técnico y pedagógico)
La AFM aplicada a la Biología
AFM aplicada a la Salud
Auditoría y estudio de viabilidad
Desarrollo de método
Interpretación de los datos brutos
Matriz en medio líquido (células, bacterias, virus)
Ejemplos de matrices a analizar mediante AFM
El laboratorio FILAB analiza las superficies de sus muestras mediante AFM
¿Por qué elegir FILAB para sus análisis AFM?
- Experiencia reconocida: un equipo de doctores e ingenieros especializados en nanomateriales y técnicas analíticas.
- Equipos de vanguardia: nuestro laboratorio cuenta con instrumentos AFM de última generación (AFM, AFM‑IR, UA‑AFM).
- Enfoque industrial: análisis a medida, adaptados a las exigencias reglamentarias y normativas de cada sector.
- Acreditaciones y certificaciones: FILAB es reconocido por la calidad y la fiabilidad de sus resultados.
- Acompañamiento técnico: ofrecemos informes de análisis detallados y asesoramiento personalizado para interpretar los datos.
Microscopía AFM: una resolución nanométrica de la materia
La Microscopía de Fuerza Atómica (AFM) constituye una técnica de análisis de superficie de alta resolución, que permite examinar la topografía de los materiales a escala nanométrica.
La AFM ofrece una cartografía tridimensional precisa, sin necesidad de una preparación destructiva. Esta tecnología permite, en particular, la medición precisa de la rugosidad, el análisis de las propiedades mecánicas locales (módulo de Young, adhesión, dureza), así como la identificación de heterogeneidades de superficie. El laboratorio FILAB pone esta experiencia en AFM a su disposición para responder a las exigencias más específicas.
Aplicaciones industriales de la AFM
El AFM es versátil y responde a múltiples necesidades analíticas, entre ellas:
Análisis topográfico : observación 3D de la superficie de los materiales, identificación de defectos o irregularidades.
Caracterización mecánica : medición del módulo de Young, fuerzas de adhesión o rigidez de los materiales.
Nanotecnologías : análisis de nanomateriales, partículas o recubrimientos ultrafinos.
Medición de la rugosidad : cuantificación de los estados de la superficie a escala nanométrica.
Control de calidad : validación de procesos industriales (tratamientos de superficie, capas finas, polímeros).
Biotecnología y biomateriales : análisis de células, tejidos, proteínas o superficies biomédicas, estudio de las propiedades mecánicas (elasticidad celular, interacciones ligando-receptor) y evaluación de la biocompatibilidad de materiales
Las diferentes configuraciones
El laboratorio FILAB, especializado en análisis de superficies, pone a su disposición una técnica de vanguardia: el AFM (Atomic Force Microscopy).
Esta técnica permite un análisis de superficies de sus muestras, fino y preciso, revelando detalles invisibles a simple vista. Gracias al AFM, podemos detectar y analizar diferencias mínimas de topografía superficial, así como las propiedades físicas asociadas.
En función de los parámetros fisicoquímicos buscados, pueden utilizarse varias configuraciones de AFM:
El AFM : para caracterizar todo tipo de materiales, realizar una medición de rugosidad (contexto MDR), de las propiedades de elasticidad, adhesión, fricción y energía superficial…
El SMM : ‘Scanning Microwave microscopy’ es un AFM acoplado a la espectroscopía de microondas. La punta, que actúa como emisor y receptor local de microondas (gigahercios), permite un análisis topográfico y tomográfico no destructivo, manteniendo la propiedad esencial del AFM: la resolución nanométrica. El SMM permite caracterizar todo tipo de materiales, medir cambios microestructurales, identificar la presencia de defectos enterrados, medir las tensiones mecánicas subsuperficiales, determinar perfiles de difusión de elementos ligeros (oxígeno, nitrógeno e incluso hidrógeno) sin ser destructivo... ¡Es una revolución!
El UA-AFM es un AFM acoplado a la espectroscopía acústica. Basado en el mismo principio que la ecografía, permite realizar tomografía a escala nanométrica y micrométrica para caracterizar todo tipo de materiales, siendo, al igual que el SMM, no destructivo. Sensible a las variaciones de densidad, permite reconstruir en 3D los primeros micrómetros de una superficie para identificar inclusiones, defectos que pueden ser fuente de corrosión o rotura...
El AFM-IR : es un AFM acoplado a la espectroscopía infrarroja. Esta técnica, basada en el efecto fototérmico inducido por una iluminación láser, permite obtener un mapa químico de la superficie con resolución nanométrica.
Este acoplamiento combina el análisis nanométrico y la identificación molecular. Esta técnica permite correlacionar topografía, propiedades mecánicas y localización específica de biomoléculas.
El microscopio AFM, un equipo de vanguardia
La industria es un ámbito que exige una precisión impecable. Por eso, la potencia de un microscopio AFM es necesaria para determinadas aplicaciones industriales. De hecho, la visualización de estructuras a escala nanométrica puede utilizarse para inspeccionar materiales, identificar defectos superficiales e incluso comprender cómo interactúan las moléculas individuales.
Las ventajas de la técnica AFM (Atomic Force Microscopy)
Las ventajas de un microscopio AFM son numerosas. Este tipo de microscopio permite una visualización más precisa de las superficies a escala nanométrica, ofreciendo así un mejor análisis de la estructura del material.échelle nanométrique, ofreciendo así una mejor análisis de la estructura del material.
Además, el AFM también permite medir las fuerzas superficiales tales como la fuerza de adhesión o de repulsión, un parámetro que a menudo se tiene en cuenta en la fabricación o el desarrollo de nuevos materiales.
Los diferentes tipos de sondas utilizables en el AFM
El AFM puede funcionar según varios modos adaptados a la naturaleza de la muestra:
En el modo contacto, la punta permanece en contacto permanente con la superficie, ofreciendo una alta resolución pero pudiendo alterar los materiales frágiles.
El modo sin contacto detecta las fuerzas a distancia, sin contacto directo, para el análisis de superficies muy delicadas en condiciones controladas.
El modo tapping reduce las tensiones del modo contacto al limitar el contacto a toques intermitentes, ideal para muestras sensibles.
También pueden utilizarse otros modos, como: modo Peak Force Tapping y QNM, modo c-AFM para Conductive Atomic Force Microscopy, modo Scanning Capitance Microscopy.
Estos dos modos de aplicación son técnicas avanzadas de AFM. Combinan las ventajas de la espectroscopía de fuerza y del tapping. La punta del cantilever no entra en contacto con la muestra; se somete a una oscilación modulada a una frecuencia inferior a la del modo tapping tradicional. La fuerza ejercida sobre la muestra se mide en cada punto de barrido, permitiendo así cartografiar las propiedades mecánicas de la superficie a escala nanométrica.
El modo QNM amplía este análisis al permitir una cartografía cuantitativa de las propiedades mecánicas observadas.
Gracias a este modo de aplicación del AFM es posible cartografiar la conductividad eléctrica de la superficie de los materiales a escala nanométrica. Una pequeña corriente eléctrica difundida en la punta del cantilever recorre la superficie de la muestra y, en cada punto, se mide la conductividad eléctrica.
Permite cartografiar las variaciones de capacidad eléctrica a escala nanométrica en la superficie de una muestra. Una punta de sonda se coloca cerca de la superficie de una muestra, formando así un condensador. La capacidad eléctrica se mide aplicando una tensión alterna a la punta y midiendo la corriente alterna resultante.
Esta técnica permite medir y cartografiar las variaciones de resistencia eléctrica a escala nanométrica en la superficie de una muestra. Una punta de sonda conductora se coloca sobre la superficie de una muestra. La resistencia eléctrica se mide en función de la tensión aplicada cuando la punta recorre la muestra.
Permite realizar el estudio de la fisuración o de la deformación de la superficie de un recubrimiento.
Cada modo permite optimizar la precisión y la preservación de la muestra según el objetivo buscado.
Viajar en lo infinitamente pequeño... El AFM al servicio de la superficie extrema
Más informaciónFAQ
En el análisis de superficies, realizar un análisis AFM es esencial para:
- Caracterizar la topografía de las superficies : identificar la rugosidad, las irregularidades o las estructuras específicas de una superficie con precisión nanométrica.
- Estudiar las interacciones de superficie : medir fuerzas como la adhesión, la fricción o las interacciones mecánicas locales, esenciales en numerosos contextos científicos y técnicos.
- Analizar la calidad de los materiales : detectar defectos o anomalías, optimizar procesos de fabricación o evaluar el rendimiento y la durabilidad de los materiales.
- Explorar muestras de manera no destructiva : la AFM es un método no invasivo que conserva la integridad de las muestras al tiempo que ofrece un análisis en profundidad.
La AFM es una solución técnica para comprender las propiedades físicas, mecánicas o topográficas de una superficie con fines de investigación, desarrollo o control de calidad.
La AFM se utiliza para caracterizar superficies a escala nanométrica. En la industria, esta técnica de análisis sirve para:
- Evaluar la rugosidad de los materiales (p. ej.: electrónica, recubrimientos, materiales compuestos).
- Analizar los defectos de superficie e identificar su origen (p. ej.: microfisuras en piezas mecánicas).
- Controlar la uniformidad de los recubrimientos o capas delgadas (p. ej.: óptica, energía solar).
- Comprobar la calidad de las interfaces en ensamblajes multimaterial.
El análisis AFM identifica las fallas potenciales relacionadas con irregularidades de la superficie, partículas no deseadas o modificaciones de la estructura nanométrica. Esto permite ajustar los procesos de fabricación o tratamiento para mejorar la fiabilidad.
La AFM puede analizar una amplia gama de matrices, entre ellas:
- Los metales y aleaciones (análisis de oxidaciones o tratamientos superficiales).
- Los polímeros (caracterización de texturas o comportamientos mecánicos locales).
- Los semiconductores (verificación de grabados y capas de dopaje).
- Los biomateriales o moléculas biológicas (para los sectores farmacéutico o médico).
Sí, la AFM es especialmente eficaz en superficies no planas gracias a su modo de barrido por contacto o por oscilación. No obstante, para relieves muy marcados, son necesarios ajustes específicos de los parámetros de barrido.
La AFM se utiliza a menudo en complemento de:
- La microscopía electrónica de barrido (MEB) : para una visualización de las estructuras 3D y un análisis químico local (EDX).
- La espectroscopía infrarroja o Raman : para identificar los enlaces químicos en la superficie.
- La difracción de rayos X (DRX) : para estudiar la cristalinidad.
La AFM puede detectar defectos nanométricos, como fisuras tempranas o variaciones de espesor, lo que permite identificar las causas del fallo (problema de aplicación, adhesión insuficiente, contaminación).
Sí, la AFM mide las modificaciones topográficas y mecánicas debidas a un tratamiento térmico, como las variaciones de rugosidad o las alteraciones de la estructura local.
La AFM proporciona datos precisos sobre la topografía y las propiedades mecánicas, mientras que la fluorescencia permite identificar específicamente proteínas o biomoléculas marcadas. Su combinación permite un análisis correlativo estructura-función.
- Correlación precisa entre estructura e identidad molecular
- Análisis mecánico local
- Imagen de alta resolución
- Estudios dinámicos en células vivas
