آنالیز میکروسکوپ نیروی اتمی (Atomic Force Microscope) AFM ، یک آنالیز میکروسکوپی به روش روبشی است که قادر به تصویربرداری فرورفتگی ها و برآمدگی های سطح نمونه و بررسی توپوگرافی آن ها با بعاد نانومتری است که امروزه به خصوص در حوزه نانوساختارها بسیار مورد توجه قرار گرفته است.از جمله کاربرد مهم این آناالیز اندازه گیری ضخامت پوشش نمونه ها با دقت نانومتری است.
در میکروسکوپ‌های نیروی اتمی از نیروهای ضعیف نظیر نیروهای واندروالس و مویینگی بین نوک پروب و سطح نمونه برای تشکیل تصویر توپوگرافی از سطح نمونه استفاده می‌شود. از این رو هیچ محدودیتی برای بررسی سطح نمونه برخلاف میکروسکوپ‌های تونلی روبشی وجود ندارد. میکروسکوپ نیروی اتمی قادر به تصویر برداری با تفکیک مکانی اتمی از نمونه‌های رسانا، نارسانا و حتی نمونه‌های بیولوژیکی می‌باشد .این میکروسکوپ نقش به سزایی در پیشرفت علوم مختلف از جمله الکترونیک، نانوفناوری و علم مواد ایفا می‌کند. امروزه دستگاه‌های تجاری متفاوتی با مبانی مشابه و حالات کاری مختلف عرضه شده‌اند که از نظر دقت و کیفیت تصاویر با یکدیگر تفاوت دارند.
برای مشاهده‌ی اجسام و نمونه‌های با ابعاد بسیار ریز در حد مولکول‌های کوچک و اتم‌ها، نمی‌توان از میکروسکوپ‌های معمولی استفاده کرد؛ چرا که این نمونه‌ها، ابعاد نانومتری دارند و میکروسکوپ‌های معمولی، قادر به نشان دادن ابعاد نانومتری نیستند. بنابراین برای دیدن نمونه‌هایی با ابعاد نانومتری، باید از ابزارهای دقیق‌تر و پیشرفته‌تر استفاده شود. یکی از این ابزارها، میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM است. میکروسکوپ نیروی اتمی قادر به تصویربرداری با تفکیک مکانی اتمی از نمونه‌های رسانا، نارسانا و حتی نمونه‌های بیولوژیکی می‌باشد.
دامنه کاربرد میکروسکوپ نیروی اتمی
در حالی که میکروسکوپ تونلی روبشی، تنها می‌تواند جهت مطالعه سطوحی که از لحاظ الکتریکی درجاتی از رسانایی دارند، استفاده شود، میکروسکوپ‌های نیروی اتمی می‌توانند جهت مطالعه هر نوع سطح مهندسی استفاده شوند؛ بنابراین می‌توان از آن جهت مطالعه انواع مواد رسانا، نیمه رسانا و نارسانا استفاده نمود.
امروزه AFM، یک کاوشگر سطحی محبوب برای اندازه‌گیری‌های توپوگرافیک و محاسبه نیروهای عمودی در مقیاس میکرو تا نانو شناخته شده است. هم‌چنین از این دستگاه مشخصه‌یابی، می‌توان برای مطالعه خراش و سائیدگی و نیز اندازه‌گیری خواص مکانیکی الاستیک و پلاستیک (از قبیل میزان سختی جسم در برابر جسم فرورونده و مدول الاستیسیته) استفاده نمود
از AFM در بسیاری از مطالعات، جهت نوشتار، دستکاری و جابجایی اتم‌های منفرد زنون ، مولکول‌ها سطوح سیلیکونی و پلیمری به کار گرفته شده است. علاوه بر این از این میکروسوپ جهت انواع نانولیتوگرافی و تولید نانوساختارها و نانوماشینکاری استفاده شده است.
میکروسکوپ‌های نیروی اتمی که برای اندازه‌گیری نیروهای عمودی و جانبی، طراحی شده‌اند، میکروسکوپ‌های نیروی جانبی ، یا میکروسکوپ‌های نیروی اصطکاکی نامیده می‌شوند دسته‌ای ازFFMها از توانایی اندازه‌گیری نیروهای جانبی در دو جهت متعامد برخوردارند. محققین بسیاری طراحی‌های AFM و FFM را اصلاح کرده و بهبود داده‌اند و هم‌اکنون این سیستم‌های بهبود داده شده، جهت اندازه‌گیری چسبندگی، اصطکاک و نیروهای پیوندی در سطوح جامد و مایع در مقیاس نانو و میکرو به‌کار می‌روند.
منابع
1-Binnig, Gerd, Calvin F. Quate, and Ch Gerber. "Atomic force microscope." Physical review letters 56, no. 9 (1986): 930.
2-Magonov, Sergei N., and Darrell H. Reneker. "Characterization of polymer surfaces with atomic force microscopy." Annual Review of Materials Science 27, no. 1 (1997): 175-222.
3-Wang, Dong, and Thomas P. Russell. "Advances in atomic force microscopy for probing polymer structure and properties." Macromolecules 51, no. 1 (2018): 3-24.
4-Magonov, S. N. "Atomic force microscopy in analysis of polymers." Encyclopedia of Analytical Chemistry: Applications, Theory and Instrumentation (2006).