Microscopio a forza atomica per misure su superfici libere di liquidi

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.