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Análisis de superficies por AFM

Los métodos de caracterización no destructivos de superficies en la escala micro y nanométrica de las superficies (capas delgadas) son cada vez más precisos, tanto para el estudio de la morfología como para determinaciones avanzadas con resolución nanométrica. 

Para estudiar estas propiedades los métodos tradicionales de observación basados en microscopía óptica están limitados en la resolución lateral máxima alcanzable. La microscopía electrónica no permite una caracterización cuantitativa de la topografía de la muestra, y además requiere que las muestras sean conductoras para obtener una buena imagen de la superficie.

El AFM, es una herramienta de caracterización de rutina para estudiar la topografía, así como un método muy útil para la caracterización de un amplio abanico de propiedades físicas.

La técnica de AFM permite obtener un perfil topográfico tridimensional cuantitativo de la superficie, el estudio de sus propiedades mecánicas y permite discernir entre superficies con diferentes propiedades mecánicas. Además, la técnica permite realizar medidas tanto en aire como en líquido, y en un rango amplio de temperaturas (hasta 250ºC).

Esta técnica puede ser una herramienta útil en caracterización de polímeros de interés tecnológico como el poliéster PEN (para células fotovoltaicas orgánicas), poliéster del ácido málico (biopolímeros) o polímeros clásicos como el polipropileno (industria del packaging) o en estudios de adhesión matriz-polímero (Si-PEN), entre otros. Se utiliza para innumerables materiales como metales, óxidos, cerámicas, muestras biológicas, superconductores… entre otros.

Determinación de la topografía de un material a escala nanométrica.

Podemos estudiar la superficie de muestras de hasta 3X3 cm y 2 cm de grosor. Con esta caracterización topográfica podemos comprobar si un determinado tratamiento superficial o la exposición a determinadas condiciones afectan a la morfología de la superficie de un material. Se pueden estudiar los recubrimientos sobre metales, polímeros, etc.

Determinación de las propiedades eléctricas de la superficie de un material: Modo PFM (Piezoresponse force microscopy) y DPFM (Direct Piezoelectric Force Microscopy)

Esta técnica nos permite determinar las propiedades ferroeléctricas y piezoeléctricas de diferentes materiales, así como la visualización con muy buena resolución de zonas (dominios) que tienen esas propiedades. El método DPFM es, además, cuantitativo. Este tipo de servicio es exclusivo del ICMAB al estar basado en un desarrollo interno.

Medida de fotoconductividad. Modo PC-AFM

Se utiliza para estudiar celdas solares, en las que la capa activa se expone al aire. De este análisis se puede obtener la distribución de la fotocorriente y averiguar en qué partes de la celda la eficiencia es mayor.

Determinación de la función de trabajo, Modo Kelvin. Microscopía de potencial de superficie (surface potential microscopy)

El mapa de la función de trabajo proporciona información sobre la composición y el estado electrónico de las estructuras locales en la superficie de un sólido comparando la muestra con un sustrato de referencia.

Estos mapas se relacionan con muchos fenómenos de superficie, incluida la actividad catalítica, la corrosión, y la caracterización de materiales dieléctricos y semiconductores.

Determinación de la estructura magnética de una superficie. Modo MFM

El modo MFM detecta las interacciones magnéticas de la muestra con una punta y se utilizan para medir muchos tipos de interacciones magnéticas, incluida la interacción magnética dipolo-dipolo.

Determinación de las propiedades térmicas de la superficie de un material.

En el método 3Omega AFM puede medir las propiedades térmicas de una muestra según sea más o menos conductora del calor por medio de una punta que es a la vez un termómetro.