Laboratorio di Analisi tramite Microscopia a Forza Atomica (AFM)
Che cos’è la Microscopia a Forza Atomica (AFM)?
Il Microscopio a Forza Atomica (AFM, Atomic Force Microscope) è un microscopio a sonda locale ad alta risoluzione che consente di visualizzare la topografia superficiale di un campione ma anche la tribologia, il comportamento meccanico, elettrico o chimico.
La microscopia a forza atomica si basa sul principio di un leveraggio (cantilever) dotato di una punta estremamente fine (di pochi nanometri appena), che scansiona la superficie di un campione.
Le interazioni tra la punta e la superficie generano segnali tradotti in immagini 3D ad alta risoluzione.
In effetti, il principio stesso dell’osservazione microscopica si basa sulla luce. Tuttavia, una volta entrati nell’universo dell’infinitamente piccolo (meno di qualche centinaio di nanometri), l’osservazione condizionata dalla luce diventa impossibile poiché il limite di risoluzione è dell’ordine di 100 µm.
L’analisi AFM consente di superare questi limiti poiché questo tipo di microscopia funziona misurando le interazioni attrattive o repulsive tra la punta dell’AFM e la superficie del campione. La risoluzione dell’AFM è di 1 Å, cioè 0,1 nm lateralmente e verticalmente.
Il laboratorio FILAB dispone di apparecchiature AFM all’avanguardia per l’analisi delle superfici e in particolare la caratterizzazione dei nanomateriali.
Servizi AFM presso FILAB
Analisi di superficie e caratterizzazione topografica
Caratterizzazione di nanostrutture mediante misura AFM
Verifica dell’omogeneità di un deposito o di una funzionalizzazione superficiale
Misura di particelle
Studio comparativo della superficie AFM vs SEM
Caratterizzazione delle proprietà superficiali
Misura dello spessore
Misure meccaniche locali
Ricerca di sollecitazioni meccaniche che possono essere all’origine di una rottura
Misura meccanica localizzata nell’ambito di una non conformità o di un controllo del pezzo
Nanomateriali ed expertise AFM avanzata
Formazione all'AFM (supporto tecnico e pedagogico)
L'AFM applicata alla Biologia
AFM applicata alla Salute
Audit e studio di fattibilità
Sviluppo del metodo
Interpretazione dei dati grezzi
Matrice in ambiente liquido (cellule, batteri, virus)
Esempi di matrici da analizzare con AFM
Il laboratorio FILAB analizza le superfici dei vostri campioni con AFM
Perché scegliere FILAB per le vostre analisi AFM?
- Competenza riconosciuta: un team di dottori e ingegneri specializzati in nanomateriali e tecniche analitiche.
- Strumentazione all'avanguardia: il nostro laboratorio è dotato di strumenti AFM di ultima generazione (AFM, AFM‑IR, UA‑AFM).
- Approccio industriale: analisi su misura, adattate ai vincoli normativi e agli standard di ogni settore.
- Accreditamenti e certificazioni: FILAB è riconosciuto per la qualità e l'affidabilità dei suoi risultati.
- Supporto tecnico: forniamo rapporti di analisi dettagliati e una consulenza personalizzata per interpretare i dati.
Microscopia AFM: una risoluzione nanometrica della materia
La Microscopia a Forza Atomica (AFM) è una tecnica di analisi delle superfici ad alta risoluzione, che consente di esaminare la topografia dei materiali su scala nanometrica.
L’AFM offre una mappatura tridimensionale precisa, senza richiedere una preparazione distruttiva. Questa tecnologia consente in particolare la misurazione accurata della rugosità, l’analisi delle proprietà meccaniche locali (modulo di Young, adesione, durezza), nonché l’identificazione delle eterogeneità superficiali. Il laboratorio FILAB mette a disposizione questa competenza AFM per rispondere alle esigenze più avanzate.
Applicazioni industriali dell'AFM
L’AFM è versatile e risponde a molteplici esigenze analitiche, in particolare:
Analisi topografica : osservazione 3D della superficie dei materiali, identificazione di difetti o irregolarità.
Caratterizzazione meccanica : misurazione del modulo di Young, delle forze di adesione o della rigidità dei materiali.
Nanotecnologie : analisi di nanomateriali, particelle o rivestimenti ultrasottili.
Misura della rugosità : quantificazione degli stati superficiali su scala nanometrica.
Controllo qualità : validazione di processi industriali (trattamenti superficiali, film sottili, polimeri).
Biotecnologia e biomateriali : analisi di cellule, tessuti, proteine o superfici biomediche, studio delle proprietà meccaniche (elasticità cellulare, interazioni ligando-recettore) e valutazione della biocompatibilità dei materiali
Le diverse configurazioni
Il laboratorio FILAB, specializzato nell’analisi delle superfici, mette a vostra disposizione una tecnica all’avanguardia: l’AFM (Atomic Force Microscopy).
Questa tecnica consente un’analisi delle superfici dei vostri campioni fine e precisa, rivelando dettagli invisibili a occhio nudo. Grazie all’AFM, siamo in grado di rilevare e analizzare minime differenze di topografia superficiale, così come le proprietà fisiche associate.
A seconda dei parametri fisico-chimici ricercati, è possibile utilizzare diverse configurazioni di AFM:
L'AFM : per caratterizzare tutti i tipi di materiali, effettuare una misura della rugosità (contesto MDR), delle proprietà di elasticità, adesione, attrito ed energia superficiale…
Il SMM : ‘Scanning Microwave microscopy’ è un AFM accoppiato alla spettroscopia a microonde. La punta funge da emettitore e ricevitore locale di microonde (gigahertz), consentendo un’analisi topografica e tomografica non distruttiva mantenendo la caratteristica essenziale dell’AFM: la risoluzione nanometrica. Il SMM consente di caratterizzare tutti i tipi di materiali, misurare cambiamenti microstrutturali, identificare la presenza di difetti sepolti, misurare le tensioni meccaniche sub-superficiali, determinare profili di diffusione di elementi leggeri (ossigeno, azoto e persino idrogeno!) il tutto in modo non distruttivo... È una rivoluzione!
L'UA-AFM è un AFM accoppiato alla spettroscopia acustica. Basato sullo stesso principio dell’ecografia, consente di eseguire tomografie su scala nanometrica e micrometrica per caratterizzare tutti i tipi di materiali, rimanendo, come il SMM, non distruttivo. Sensibile alle variazioni di densità, permette di ricostruire in 3D i primi micrometri di una superficie per identificare inclusioni, difetti che possono essere fonte di corrosione o di rottura...
L'AFM-IR : è un AFM accoppiato alla spettroscopia infrarossa. Questa tecnica, basata sull’effetto fototermico indotto da un’illuminazione laser, consente di ottenere una mappatura chimica della superficie con risoluzione nanometrica.
Questo accoppiamento combina l’analisi nanometrica e l’identificazione molecolare. Questa tecnica consente di correlare topografia, proprietà meccaniche e localizzazione specifica di biomolecole.
Il microscopio AFM, un’apparecchiatura all’avanguardia
L’industria è un settore che richiede una precisione impeccabile. Per questo, la potenza di un microscopio AFM è necessaria per alcune applicazioni industriali. Infatti, la visualizzazione delle strutture su scala nanometrica può essere utilizzata per ispezionare i materiali, identificare i difetti superficiali e persino comprendere come interagiscono le singole molecole.
I vantaggi della tecnica AFM (Atomic Force Microscopy)
I vantaggi di un microscopio AFM sono numerosi. Questo tipo di microscopio consente una visualizzazione più precisa delle superfici ascala nanometrica, offrendo così una migliore analisi della struttura del materiale.
Inoltre, l’AFM consente anche di misurare le forze superficiali come la forza di adesione o di repulsione, un parametro spesso preso in considerazione nella produzione o nello sviluppo di nuovi materiali.
I diversi tipi di sonde utilizzabili sull'AFM
L’AFM può funzionare secondo diversi modi, adatti alla natura del campione:
Nel modo a contatto, la punta rimane in contatto permanente con la superficie, offrendo un’elevata risoluzione ma potendo alterare i materiali fragili.
Il modo non-contact rileva le forze a distanza, senza contatto diretto, per l’analisi di superfici molto delicate in condizioni controllate.
Il modo tapping riduce le sollecitazioni del modo a contatto limitando il contatto a tocchi intermittenti, ideale per i campioni sensibili.
Si possono utilizzare anche altri modi, come: modo Peak Force Tapping e QNM, modo c-AFM per Conductive Atomic Force Microscopy, modo Scanning Capitance Microscopy.
Questi due modi di applicazione sono tecniche avanzate dell'AFM. Combinano i vantaggi della spettroscopia di forza e del tapping. La punta del cantilever non entra in contatto con il campione, ma viene messa in oscillazione modulata a una frequenza inferiore a quella del modo tapping tradizionale. La forza esercitata sul campione viene misurata in ogni punto di scansione, consentendo così di mappare le proprietà meccaniche della superficie su scala nanometrica.
Il modo QNM estende questa analisi consentendo una mappatura quantitativa delle proprietà meccaniche osservate.
Grazie a questo modo di applicazione dell'AFM è possibile mappare la conducibilità elettrica della superficie dei materiali su scala nanometrica. Una piccola corrente elettrica diffusa nella punta del cantilever scansiona la superficie del campione e, in ogni punto, la conducibilità elettrica viene misurata.
Consente di mappare le variazioni di capacità elettrica su scala nanometrica sulla superficie di un campione. Una punta di sonda viene posizionata in prossimità della superficie del campione, formando così un condensatore. La capacità elettrica viene misurata applicando una tensione alternata alla punta e misurando la corrente alternata risultante.
Questa tecnica consente di misurare e mappare le variazioni di resistenza elettrica su scala nanometrica sulla superficie di un campione. Una punta di sonda conduttiva viene posizionata sulla superficie di un campione. La resistenza elettrica viene misurata in funzione della tensione applicata quando la punta scansiona il campione.
Consente di effettuare lo studio della fessurazione o della deformazione della superficie di un rivestimento.
Ogni modo consente di ottimizzare la precisione e la conservazione del campione in base all’obiettivo ricercato.
Viaggiare nell’infinitamente piccolo... L’AFM al servizio dell’estrema superficie
Scopri di piùFAQ
Nell’analisi delle superfici, eseguire un’analisi AFM è essenziale per:
- Caratterizzare la topografia delle superfici : identificare la rugosità, le irregolarità o le strutture specifiche di una superficie con precisione nanometrica.
- Studiare le interazioni superficiali : misurare forze come l'adesione, l'attrito o le interazioni meccaniche locali, essenziali in numerosi contesti scientifici e tecnici.
- Analizzare la qualità dei materiali : rilevare difetti o anomalie, ottimizzare i processi di fabbricazione oppure valutare le prestazioni e la durabilità dei materiali.
- Esplorare campioni in modo non distruttivo : l'AFM è un metodo non invasivo che preserva l'integrità dei campioni offrendo al contempo un’analisi approfondita.
L'AFM è una soluzione tecnica per comprendere le proprietà fisiche, meccaniche o topografiche di una superficie nell’ambito della ricerca, dello sviluppo o del controllo qualità.
L’AFM viene utilizzato per caratterizzare le superfici su scala nanometrica. Nell’industria, questa tecnica di analisi serve a:
- Valutare la rugosità dei materiali (ad es. elettronica, rivestimenti, materiali compositi).
- Analizzare i difetti superficiali e identificarne l’origine (ad es. microfessure nei componenti meccanici).
- Controllare l’uniformità dei rivestimenti o degli strati sottili (ad es. ottica, energia solare).
- Testare la qualità delle interfacce negli assemblaggi multimateriale.
L’analisi AFM identifica le potenziali criticità
legate a irregolarità superficiali, particelle indesiderate o modifiche della struttura nanometrica. Ciò consente di adattare i processi di fabbricazione o di trattamento per migliorare l’affidabilità.L’AFM può analizzare un’ampia gamma di matrici, tra cui:
- I metalli e le leghe (analisi delle ossidazioni o dei trattamenti superficiali).
- I polimeri (caratterizzazione delle texture o dei comportamenti meccanici locali).
- I semiconduttori (verifica delle incisioni e degli strati di drogaggio).
- I biomateriali o le molecole biologiche (per i settori farmaceutico o medico).
Sì, l’AFM è particolarmente efficace su superfici non piane grazie alla sua modalità di scansione a contatto o in oscillazione. Tuttavia, per rilievi molto marcati, sono necessari adattamenti specifici dei parametri di scansione.
L’AFM viene spesso utilizzato in combinazione con:
- La microscopia elettronica a scansione (SEM) : per una visualizzazione delle strutture 3D e un’analisi chimica locale (EDX).
- La spettroscopia infrarossa o Raman : per identificare i legami chimici in superficie.
- La diffrazione dei raggi X (XRD) : per studiare la cristallinità.
L’AFM può rilevare difetti nanometrici, come cricche precoci o variazioni di spessore, consentendo diidentificare le cause del guasto (problema di applicazione, adesione insufficiente, contaminazione).
Sì, l’AFM misura le modifiche topografiche e meccaniche dovute a un trattamento termico, come le variazioni di rugosità o le alterazioni della struttura locale.
L’AFM fornisce dati precisi sulla topografia e sulle proprietà meccaniche, mentre la fluorescenza consente di identificare in modo specifico proteine o biomolecole marcate. La loro combinazione permette un’analisi correlativa struttura–funzione.
- Correlazione precisa tra struttura e identità molecolare
- Analisi meccanica locale
- Imaging ad alta risoluzione
- Studi dinamici su cellule viventi
