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Microscopio a forza atomica per misure su superfici libere di liquidi

Informazioni tesi

  Autore: Luca Costa
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2008-09
  Università: Università degli studi di Genova
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Fabio Comin
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 89

Il crescente interesse nello studio della fisica delle superfici ha sempre richiesto lo sviluppo di nuove tecniche di misura adatte allo studio di sistemi fisici con dimensioni sub-micrometriche.
Tra queste, la microscopia a forza atomica é stata oggetto negli ultimi 25 anni di un continuo sviluppo tecnologico: l’attenzione é stata rivolta non solo al perfezionamento e all’incremento delle prestazioni delle modalità standard di misura AFM, ma soprattutto alla creazione di nuove metodologie che potessero estendere l’utilizzo degli AFM a nuovi campi di ricerca.
Attualmente é infatti difficile, talvolta impossibile, utilizzare la microscopia a forza atomica nello studio della soft condensed matter, della biofisica, delle interfacce solido-liquido o, più semplicemente, delle superfici dei liquidi.
Negli ultimi due anni é stata messa a punto una nuova tecnica, chiamata Cold damping AFM, che permette di misurare le forze interatomiche senza ricorrere al contatto della punta con la superficie e senza dover mettere in oscillazione la leva AFM.
In queste pagine é presentato un nuovo microscopio a forza atomica, il Cooling Mode-AFM, in seguito CM-AFM, e con esso la prospettiva di effettuare misure AFM in ambiente liquido o direttamente sulla superficie di liquidi utilizzando questa tecnica innovativa. Le misure sono realmente statiche e non in-contatto, non hanno i problemi di invasività delle misure in-contatto e non soffrono dei problemi viscosi presenti nel tapping mode.
Nel primo capitolo viene presentata una parte dello stato attuale dell’arte nel campo della microscopia a forza atomica e sono proposte nuove vie di sviluppo e ricerca con costanti riferimenti a un altro microscopio presente al Surface Science Lab., l’X-AFM.
Senza pretesa di completezza, sono discusse le principali caratteristiche della microscopia AFM che risulteranno assai utili nella lettura dei capitoli seguenti.
Nel secondo é infatti descritto non solo il principio di funzionamento del CM-AFM, ma é stata data grande importanza anche alla struttura del microscopio con particolare interesse al perché della scelta e fabbricazione delle componenti.
Il terzo capitolo é interamente dedicato ai primi test di funzionamento, alle prime misure di topografia su superfici solide e ai primi test su superfici liquide. Grande attenzione viene data a una misura di approccio - allontanamento su una superficie solida che presenta caratteristiche molto differenti dalle medesime misure effettuate con gli AFM standard: da questa esperienza emerge infatti l’interessante possibilità del controllo delle dimensioni del ponte capillare che si forma soventemente tra punta AFM e campione quando le misure sono effettuate in aria. Dal test effettuato sulla superficie dell’acqua si apre invece la possibilità, per la prima volta, di utilizzare la microscopia a forza atomica sulla superficie dei liquidi.
Nel quarto capitolo sono infine discusse le prospettive di miglioramento della tecnica e soprattutto alcune ulteriori considerazioni relative alle misure ed esperimenti effettuati.

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Introduzione Ilcrescenteinteressenellostudiodellafisicadellesuperficihasemprerichiesto lo sviluppo di nuove tecniche di misura adatte allo studio di sistemi fisici con dimensioni sub-micrometriche. Traqueste, lamicroscopiaaforzaatomica` estata oggetto negliultimi25an- ni di un continuo sviluppo tecnologico: l’attenzione ` e stata rivolta non solo al perfezionamento e all’incremento delle prestazioni delle modalit` a stan- dard di misura AFM, ma soprattutto alla creazione di nuove metodologie che potessero estendere l’utilizzo degli AFM a nuovi campi di ricerca. Attualmente ` e infatti difficile, talvolta impossibile, utilizzare la microscopia aforzaatomicanellostudiodellasoftcondensedmatter, dellabiofisica, delle interfacce solido-liquido o, pi` u semplicemente, delle superfici dei liquidi. Negli ultimi due anni ` e stata messa a punto una nuova tecnica, chiamata ColddampingAFM,chepermettedimisurareleforzeinteratomiche sen- za ricorrere al contatto della punta con la superficie e senza dover mettere in oscillazione la leva AFM. In queste pagine ` e presentato un nuovo microscopio a forza atomica, il Cooling Mode-AFM, in seguito CM-AFM, e con esso la prospettiva di effettuare misure AFM in ambiente liquido o direttamente sulla superficie di liquidi utilizzando questa tecnica innovativa. Le misure sono realmente statiche e non in-contatto, non hanno i problemi di invasivit` a delle misure in-contatto e non soffrono dei problemi viscosi presenti nel tapping mode. Nel primo capitolo viene presentata una parte dello stato attuale del- l’arte nel campo della microscopia a forza atomica e sono proposte nuove vie di sviluppo e ricerca con costanti riferimenti a un altro microscopio pre- sente al Surface Science Lab., l’X-AFM. Senza pretesa di completezza, sono discusse le principali caratteristiche del- la microscopia AFM che risulteranno assai utili nella lettura dei capitoli seguenti. Nel secondo ` e infatti descritto non solo il principio di funzionamento del CM-AFM, ma ` e stata data grande importanza anche alla struttura del mi- croscopio conparticolare interesse alperch` edellascelta efabbricazionedelle componenti. Il terzo capitolo ` e interamente dedicato ai primi test di funzionamento, alle 6

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Parole chiave

afm
atomic force microscopy
microscopia a forza atomica
misure di forza
force measurements
liquid surfaces
non contact afm
superfici di liquidi
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