AFM의 기본 및 금속 표면이 중요한 이유

가시광선 너머의 샘플 표면을 조사하기 위해 무엇을 사용할 수 있을까요? 전자빔은 광학 현미경보다 몇 배 더 큰 강력한 배율에 이상적입니다. 그러나 나노미터(nm) 및 그 이하의 해상도를 다룰 때는 분해능이 최종 결정적인 요소가 아닙니다. 이는 부분적으로 연구자들이 분자 규모 이미징 솔루션에 관해서는 선택의 폭이 좁기 때문입니다.

금속 표면의 형태적 특성과 지형적 특성을 모두 평가하고 싶다고 가정해 보겠습니다. 전자 현미경은 상 구조, 입자 크기 등에 대한 자세한 인사이트를 제공할 수 있습니다. 반면 주사 프로브 현미경(SPM)은 금속 표면이 나노 단위에서 지형적으로 균일한 경우에도 3차원 표면 구조에 대한 더 큰 통찰력을 제공할 수 있습니다. 어떤 기술을 선택하시겠습니까?

오늘날에는 전자빔과 물리적 스캐닝 프로브가 종합적인 시료 분석에 함께 사용되는 경우가 많으므로 선택의 고민을 덜어줍니다.

AFM: 기본 사항

원자력 현미경(AFM)은 스캐닝 프로브 기술을 기반으로 하는 가장 대중적인 현미경 방법입니다. 이 현미경은 매우 매끄러운 표면의 미묘한 지형 변화까지 해결함으로써 주사 또는 투과전자현미경(SEM/TEM)과 같은 현미경 기술을 보완합니다. 또한 AFM은 접착력, 탄성, 자성, 강성 등과 같은 다양한 구성 특성을 해결할 수 있습니다. 이를 위해서는 높은 신호 대 잡음비를 촉진하는 특수 프로브 팁과 정밀하게 설계된 기판을 사용해야 합니다.

간단한 예가 있습니다: AFM은 기능화된 금속 표면에서 자체 조립 단층(SAM) 프린팅의 품질을 평가하는 데 유용한 방법으로 확인되었습니다. 이러한 고유한 유기 분자는 분자 간 및 분자 기판-분자 간 상호 작용에 기반한 흡착을 통해 표면에 자발적으로 조립됩니다. AFM은 이후 프린팅 파라미터를 평가하고 단일 분자 내의 패턴 오류를 감지할 수 있습니다. 그러나 이러한 탁월한 수준의 정밀도를 구현하려면 일반적으로 금과 같은 금속 표면과 같은 매우 평평한 기판이 필요합니다.

템플릿 벗겨진 메탈릭 표면

AFM에서 평면이란 원자 단위에서 지형적으로 균일한 것을 의미합니다. 이는 에피택시나 화염 어닐링과 같은 기존 제조 방법으로는 달성하기 쉽지 않은 품질입니다. 적절한 수준의 평탄도를 제공할 수는 있지만 표면적이 2마이크로미터(µm) 이하인 플레이크에 한정됩니다.²)는 엄청나게 작은 기판을 나타냅니다. 대부분의 응용 분야에는 이보다 더 큰 금속 표면이 필요합니다.

템플릿 스트리핑은 운모 유리 또는 광택 실리카의 자연스러운 평탄도를 금과 같은 금속 표면에 재현하는 데 사용되는 새로운 기술입니다. 유리/실리콘 칩에 접착제 중간체를 증착하고 템플릿을 균일한 금 박막으로 코팅합니다. 기본 기판의 대면적 옹스트롬 규모의 균일성이 금속 표면으로 전달되어 디자인 지형이 그대로 보존된 고기능성 금 기판이 생성됩니다.

이를 통해 연구자들은 기판 불균일성이나 바람직하지 않은 표면-끝단 상호작용으로 인한 간섭을 무시하고 원자 범위에서 재료를 특성화하는 데 필요한 초고분해능을 달성할 수 있습니다. SAM의 평가 그 이상, 템플릿 제거 금속 표면은 단일 분자 이미징, DNA 오리가미, 2D 재료 특성화 등에 이상적인 것으로 입증되었습니다.

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