AFM (Atomic Force Microscopy)

ชื่อเครื่อง : AFM (Atomic Force Microscopy)

ยี่ห้อ : Nanosurf

รุ่น : Stage Drive AFM

ประเทศที่ผลิต : สวิตเซอร์แลนด์

สถานที่ตั้งเครื่อง : ตึกราชสุดา ชั้น  8

ผู้รับผิดชอบ : นางเพาพงา โกกิลกนิษฐ

หลักการเครื่อง
เครื่อง AFM มีหลักการทำงาน คือ อาศัยหลักการการผ่านแสงเลเซอร์ไปให้กับส่วนปลายแหลม (tip) ของคานยื่นที่มีขนาดระดับอะตอมในระยะใกล้ ซึ่งส่วนปลายแหลมของคานนั้นจะไปสัมผัสแบบกระดกในทิศทางขึ้นและลงกับพื้นผิวของวัตถุ  และเมื่อเครื่อง AFM ลากส่วนปลายแหลมผ่านโครงสร้างระดับนาโน แรงปฏิกิริยาที่กระทำในแนวตั้งฉากที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของพื้นผิวกับปลายแหลมจะดึงคาน ทำให้คานโก่งงอตัว ทำให้สามารถตรวจวัดขนาดของแรงเชิงปฏิสัมพันธ์ ระหว่างความสัมพันธ์เชิงตำแหน่งของส่วนปลายแหลมและพื้นผิวของวัตถุ (ทำให้สามารถทราบถึงระดับพลังงานที่เกิดขึ้นได้)  ซึ่งจะถูกนำมาแปรสัญญาณร่วมกันเพื่อนำมาสร้างเป็นภาพพื้นผิวที่เป็นลักษณะเชิงโครงสร้างระดับอะตอม ที่มีกำลังการขยายสูงไปแสดงบนจอภาพที่เป็นมอนิเตอร์  

วิธีการทำงานของเครื่อง AFM ที่นำมาใช้งานทางด้านวิทยาศาสตร์ระดับนาโน  สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 วิธี  ได้แก่

1. การสัมผัสแบบต่อเนื่อง เป็นการสัมผัสพื้นผิวพร้อมกับการลากปลายแหลมไปบนพื้นผิวนั้นๆ ตลอดเวลา

ข้อเสียของวิธีนี้คือ จะทำให้เกิดแรงต้านในแนวของการเคลื่อนที่ซึ่งขนานกับพื้นผิวขึ้น อันอาจทำให้คานของโพรบที่ใช้วัดเกิดการโก่งงอตัวหรือเกิดบิดเบี้ยวไป โดยที่มิได้เกิดจากแรงดึงดูดที่ปลายเนื่องจากแรงในแนวตั้งฉากเพียงอย่างเดียว จึงทำให้ข้อมูลความสูงของพื้นผิวที่วัดได้นั้นอาจผิดไปจากความสูงที่แท้จริง

2. การสัมผัสแบบไม่ต่อเนื่อง เป็นการสัมผัสพื้นผิวโดยให้ปลายแหลมสัมผัสกับพื้นผิวเป็นระยะเวลาสั้นๆ

ในแนวตั้งฉากกับพื้นผิว (คล้ายกับการใช้ปลายนิ้วเคาะโต๊ะเป็นจังหวะๆ นั่นเอง) ด้วยลักษณะการสัมผัสแบบนี้แรงต้านในแนวตั้งฉากจะไม่เกิดขึ้น แต่เนื่องจากปลายแหลมสัมผัสพื้นผิวเป็นระยะสั้นๆ จึงทำให้เกิดการสั่นของคาน ซึ่งจะส่งผลให้ค่าสัญญาณที่ตรวจวัดได้นั้นไม่คงที่หรือไม่แม่นยำได้

การประยุกต์ใช้เครื่อง AFM ในเทคโนโลยีระดับนาโน
ปัจจุบันมีการนำเครื่อง AFM มาใช้ประโยชน์สำหรับการวิจัยในระดับนาโนกันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะการนำมาใช้ในการวัดคุณสมบัติทางด้านกายภาพของวัสดุ โดยที่หัววัดสัมผัสกับผิวของตัวอย่าง เหมาะกับลักษณะผิวตัวอย่างที่แข็ง เช่น ฟิล์มบาง เป็นต้น นอกจากนี้เครื่อง AFM ยังสามารถนำมาใช้วิเคราะห์ค่าความขรุขระของตัวอย่าง แรงเสียดทานของตัวอย่าง รูปทรงและขนาดตัวอย่าง รวมทั้งวัดขนาดความหนาบางหรือความสูงของตัวอย่างได้ด้วย มากไปกว่านั้น เครื่อง AFM สามารถตรวจวัดพื้นผิวที่เป็นฉนวนไฟฟ้าได้  เช่น  พื้นผิวโพลีเมอร์  เซรามิค  คอมโพสิท  กระจกหรือแก้ว  หรือแม้แต่โมเลกุลทางชีวภาพต่าง ๆ ก็สามารถที่จะวัดได้