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PeakForce Tapping AFM: Medição de topografia, de propriedades mecânicas e elétricas na escala nanométrica
Esquema da Apresentação
• 10:00 – Apresentação
• PeakForce Tapping® - Um modo único da Bruker Nano Surfaces
• Mapeamento de propriedades nanomecânicas - PeakForce QNM®
• Caracterização eléctrica na escala nanométrica - PeakForce TUNA®
• 10:30 – Demonstração web ao vivo
• 10:40 – Perguntas
• 10:50 – Encerramento
2 Bruker Nano
Lucas Sartori, Dr.
PeakForce Tapping AFM: Medição de topografia, de propriedades mecânicas e elétricas na escala nanométrica
4 Bruker Nano
Tiago S. Rodrigues, Dr.
Microscopia de Força Atômica O avanço da tecnologia
5 Bruker Nano
• (1986) Modo Contato e LFM
• (1992) Modo Tapping
• (1992) Force-Volume Mapping
• (2010)
• (2010)
• (2010)
• (2011)
• (2012)
• (2014)
mapeamento da
topografia
mapeamento
simultâneo
de propriedades
elétricas e mecânicas
Um modo exclusivo da Bruker Nano Surfaces
6 Bruker Nano
• No modo PeakForce Tapping, o
cantilever oscila com uma pequena
amplitude e a uma frequência muito
abaixo de sua ressonância
• A medida que a sonda varre a
amostra, uma série contínua de
curvas de forças é adquirida
• A força máxima (peak force) é
mantida constante em níveis
ultrabaixos através de
retroalimentação.
• Alcança-se assim um controle direto
de forças que ajuda a proteger de
dano as amostras delicadas e
também as pontas
aproximação retração
tempo
posição Z
A B
D
E
7 Bruker Nano
Aproximação ponta-amostra
Contato - forças atrativas
Força Máxima
Retração do Cantilever
Retração ao ponto de Força Máxima por adesão
Retorno à posição em ar
Grande volume de dados: Curvas de força em cada pixel
tempo
aproximação retração
C
A B C
D E
Resultados melhores, mais rapidamente
11 Bruker Nano
• Scanasyst é uma técnica de otimização de imagem que está baseada no modo PeakForce Tapping
• Proporciona otimização automática de imagens, produzindo mais rapidamente resultados mais consistentes, independentemente do nível de habilidade do usuário
• Eliminação da sintonização (tunning) do cantilever, do ajuste de setpoint, e da otimização de ganhos que torna simples mesmo as medidas em líquidos
Imagem de uma amostra de escovas poliméricas (polymer brushes) obtida
com ScanAsyst em um MultiMode 8. Varredura de 2 µm.
(Amostra cortesia de S. Sheiko, University of North Carolina, Chapel Hill)
Scan size
750nm
Scanasyst proporciona alto desempenho e facilidade de uso para a maioria das amostras
Surpreendentemente simples
12 Bruker Nano
Hardware, software, e algoritmo de controle
que tornam você imediatamente em um especialista
Para assistir o vídeo:
https://www.youtube.com/watch?v=7bi2YEgie_k
PFT alcança facilmente o fundo de fossos profundos (~65 nm) e estreitos (~50 nm). Varredura de 1 µm.
PFT faz facilmente a imagem deste substrato de cultivo celular em forma de rede. Varredura 1 µm – altura 1µm.
PFT mede facilmente baixas rugosidades com alta resolução lateral. Varredura de 1 µm – altura 2.3 nm.
Nano-fossos Semicondutores Rugoso
O novo padrão para topografia - Ar
13 Bruker Nano
PFT alcança facilmente forças baixas para
revelar detalhes únicos como microvilosidades
em células vivas.
Varredura de 10 µm.
PFT faz facilmente imagens de células vivas
MDCK.
Varredura de 95 µm – Altura 4.5 µm.
PFT mede rotineiramente a estrutura de duplas
hélices de DNA.
Varredura de 60 nm – Altura 2 nm.
Estruturas macias Nano-fios Rugosas
Peak Force Tapping é um modo único de topografia, que combina: • Aquisição rápida de imagens: 512x512 em 10 minutos • Controle direto de forças baixas • Facilidade de uso e universalidade
30pN force
O novo padrão para topografia - Líquidos
14 Bruker Nano
Reconhecido Mundialmente pelos Cientistas
15 Bruker Nano
Bruker NanoScope
Competidores
Mais publicações científicas que os quatro maiores
competidores de Bruker combinados
Fonte: busca no google acadêmico, 11/14/2015
Termos de busca: <nanoscope “atomic force microscopy"> vs
<xe O MFP-3D or Cypher or 5500 or nanowizard “atomic force
microscopy">
17,400 publicações
27,400 publicações
Números-chave da plataforma
NanoScope: 1. Até o momento >1000 publicações 2. Uma nova publicação por dia em 2015 3. >30% das publicações em revistas
científicas “top 10%”
O crescimento mais rápido visto em um novo
modo de AFM
Imagens de alta resolução de microvilosidades* em células vivas *Microestruturas na superfície de células epiteliais
17 Bruker Nano
Imagens de células de rim canino (MDCK) vivas
PeakForce Tapping 1kHz
50 µm x 50 µm 8 µm x 8 µm
Controle de força e forças baixas são fundamentais para fazer imagens de microvilosidades.
18 Bruker Nano
150 – 250 pN
100 – 130 pN 80 – 100 pN
Nova sonda melhora a medida
Para as imagens de microvilosidades,
um novo tipo de sonda foi utilizada:
Bruker não trabalha somente no desenvolvimento de novos modos, mas
também fabrica e desenvolve sondas
www.brukerafmprobes.com
19 Bruker Nano
• Altura da ponta: 17 µm
• Raio : 65 nm
• Cantilever-Remo
• k = 0.06 N/m
20 Bruker Nano
5nm
• Com PeakForce QNM é possível o mapeamento quantitativo de propriedades mecânicas em escala nanométrica
(ii)
Dissipação
Deformação
Ajuste DMT para
módulo
Ad
es
ão
Tempo Posição Z Distância ponta-amostra
• Peak Force, Adesão, Módulo de Young, Deformação, Dissipação são mapeados simultaneamente a topografia
aproximação retração
Exemplo: Embalagens seladas termicamente
As camadas de barreira e de união são incompatíveis: una interfase relativamente abrupta é esperada
• O perfil de varredura tem um claro degrau em módulo com distância de ~75nm.
• As lamelas não cruzam a interface, mas crescem epitaxialmente a partir da camada de barreira – pode ser visto no perfil médio.
• As lamelas são altamente ordenadas e perpendiculares à interface: penetram ~250nm na camada de união
21 Bruker Nano
(a)
(b)
(a)
(c)
(b)
Módulo DMT Camada de Barreira
Nylon Resistencia e impermeabilidade a gás
Camada de União
ULDPE Preserva a adesão das camadas
Camada Selante
Blenda Metaloceno PE/LDPE Adere a si mesma quando aquecida
Exemplo: Embalagens seladas termicamente
As camadas selante e de união são mais compatíveis: uma interfase mais larga é esperada.
• No perfil de varredura a variação é dominada pelas lamelas individuais.
• Coletivamente, o módulo varia por distâncias maiores: de ~250nm até ~1um.
• Lamelas da camada de união atuam como sítios de nucleação ou penetram na camada selante, resultando em uma região mais ordenada até ~1um distante da interface.
22 Bruker Nano
(a)
(b)
(a)
(c)
(b)
Módulo DMT Camada de Barreira
Nylon Resistencia y impermeabilidade a gás
Camada de União
ULDPE Preserva a adesão das camadas
Camada Selante
Blenda Metaloceno PE/LDPE Adere a si mesma quando aquecida
Medição da condutividade combinada ao controle do modo PeakForce Tapping
• Ponta oscila a 1kHz. Tempo de contato: 20 – 200 µs.
• Mede-se a corrente média durante o tempo de contato e a corrente pico.
• Para isso, eletrônica C-AFM muito rápida é necessária
• Largura de banda 20kHz , ruído <100fA
• Faixa de corrente <100fA até >100nA
23 Bruker Nano
Tempo de contato
Força vs. tempo
Corrente vs. tempo
Pico de Força
(Peak Force)
Corrente Pico
(Peak Current)
Exemplo: Compósito Polímero/Nanotubo
• Propriedades mecânicas e elétricas medidas simultaneamente.
• Impossível em modo contato (forças são muito altas).
• Resolução más alta que em modo contato.
24 Bruker Nano
Topografia Adesão Corrente
Varredura de 700x700 nm
Exemplo: Nanotubos de carbono
Slide 25 Bruker Nano
Nanotubos na posição horizontal • Impossível em modo contato: Estes
nanotubos são facilmente deslocados ou danificados.
• Facilmente mapeados em PeakForce Tapping.
• Mapa de corrente identifica claramente conexão elétrica de nanotubos individuais.
Amostra cortesia do Prof. Hague, Rice University
5 µ
m
1 µ
m
Nanotubos na posição vertical • Revela forte variação de
condutividade, possivelmente por diferenças no revestimento dos nanotubos.
Dados sem precedentes
Em resumo
• Aproveitando a tecnologia PeakForce Tapping você poderá obter imagens com alta resolução tanto em ar quanto em líquido em uma gama ampla de amostras; a estabilidade e a facilidade de uso refletem a simplicidade de PeakForce Tapping.
• PeakForce QNM permite medir simultaneamente a Topografia, Módulo de elasticidade, adesão, dissipação e a deformação local das amostras desde hidrogéis a polímeros complexos.
• PeakForce Tapping oferece oportunidade para as medidas correlativas permitindo a identificação de características únicas de materiais.
26 Bruker Nano
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• Materiais
• Bruker AFM
• Bruker AFM Probes
• Webinars
• Treinamentos
• Eventos
• Microscopia 3D: Aplicações e Soluções em Escala Nanométrica
• XV Encontro da SBPMat
• Contato
28 Bruker Nano