AFM กับ SEM
จำเป็นต้องสำรวจโลกที่เล็กกว่า เติบโตอย่างรวดเร็วด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ๆ เช่น นาโนเทคโนโลยี จุลชีววิทยา และอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากกล้องจุลทรรศน์เป็นเครื่องมือที่ให้ภาพขยายของวัตถุขนาดเล็ก จึงมีการวิจัยมากมายเกี่ยวกับการพัฒนาเทคนิคต่างๆ ของกล้องจุลทรรศน์เพื่อเพิ่มความละเอียด แม้ว่ากล้องจุลทรรศน์ตัวแรกจะเป็นโซลูชันออปติคัลที่ใช้เลนส์เพื่อขยายภาพ แต่กล้องจุลทรรศน์ที่มีความละเอียดสูงในปัจจุบันใช้วิธีการต่างๆ Scanning Electron Microscope (SEM) และ Atomic Force Microscope (AFM) นั้นใช้วิธีการที่แตกต่างกันสองวิธี
กล้องจุลทรรศน์กำลังอะตอม (AFM)
AFM ใช้ทิปในการสแกนพื้นผิวของตัวอย่าง และส่วนทิปจะขึ้นและลงตามลักษณะของพื้นผิว แนวความคิดนี้คล้ายกับวิธีที่คนตาบอดจะเข้าใจพื้นผิวโดยใช้นิ้วของเขาไปทั่วพื้นผิว เทคโนโลยี AFM เปิดตัวโดย Gerd Binnig และ Christoph Gerber ในปี 1986 และวางจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ตั้งแต่ปี 1989
ปลายด้ามทำจากวัสดุ เช่น ไดมอนด์ ซิลิคอน และคาร์บอนนาโนทิวบ์ และติดเข้ากับคานเท้าแขน ปลายที่เล็กกว่าจะมีความละเอียดของภาพสูงขึ้น AFM ปัจจุบันส่วนใหญ่มีความละเอียดระดับนาโนเมตร มีการใช้วิธีการต่างๆ ในการวัดการกระจัดของคานรับน้ำหนัก วิธีทั่วไปส่วนใหญ่คือการใช้ลำแสงเลเซอร์ที่สะท้อนบนคานเท้าแขน เพื่อให้การโก่งตัวของลำแสงสะท้อนออกมาใช้วัดตำแหน่งของคานเท้าแขนได้
เนื่องจาก AFM ใช้วิธีการสัมผัสพื้นผิวโดยใช้โพรบเชิงกล จึงสามารถสร้างภาพ 3 มิติของตัวอย่างได้โดยการตรวจสอบพื้นผิวทั้งหมด นอกจากนี้ยังช่วยให้ผู้ใช้จัดการอะตอมหรือโมเลกุลบนพื้นผิวตัวอย่างโดยใช้ปลายได้
สแกนกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (SEM)
SEM ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนแสงในการถ่ายภาพ มีระยะชัดลึกที่มาก ซึ่งช่วยให้ผู้ใช้สามารถสังเกตภาพที่มีรายละเอียดมากขึ้นของพื้นผิวตัวอย่าง นอกจากนี้ AFM ยังควบคุมปริมาณการขยายได้มากขึ้นเนื่องจากมีการใช้ระบบแม่เหล็กไฟฟ้า
ใน SEM ลำแสงอิเล็กตรอนถูกผลิตขึ้นโดยใช้ปืนอิเล็กตรอนและเคลื่อนผ่านเส้นทางแนวตั้งตามกล้องจุลทรรศน์ที่วางอยู่ในสุญญากาศ สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กพร้อมเลนส์จะโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอนไปยังชิ้นงานทดสอบ เมื่อลำแสงอิเล็กตรอนกระทบพื้นผิวตัวอย่าง อิเล็กตรอนและรังสีเอกซ์จะถูกปล่อยออกมา การปล่อยมลพิษเหล่านี้จะถูกตรวจจับและวิเคราะห์เพื่อวางภาพวัสดุบนหน้าจอ ความละเอียดของ SEM อยู่ในระดับนาโนเมตรและขึ้นอยู่กับพลังงานลำแสง
เนื่องจาก SEM ดำเนินการในสุญญากาศและใช้อิเล็กตรอนในกระบวนการสร้างภาพ จึงควรปฏิบัติตามขั้นตอนพิเศษในการเตรียมตัวอย่าง
SEM มีประวัติศาสตร์อันยาวนานตั้งแต่การสังเกตการณ์ครั้งแรกโดย Max Knoll ในปี 1935 SEM เชิงพาณิชย์ครั้งแรกวางจำหน่ายในปี 1965
ความแตกต่างระหว่าง AFM และ SEM
1. SEM ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนสำหรับการถ่ายภาพ โดยที่ AFM ใช้วิธีการสัมผัสพื้นผิวโดยใช้การตรวจวัดทางกล
2. AFM สามารถให้ข้อมูล 3 มิติของพื้นผิวได้แม้ว่า SEM จะให้ภาพ 2 มิติเท่านั้น
3. ไม่มีการรักษาพิเศษสำหรับตัวอย่างใน AFM เหมือนกับใน SEM ที่ต้องปฏิบัติตามการบำบัดล่วงหน้าหลายครั้งเนื่องจากสภาพแวดล้อมแบบสุญญากาศและลำแสงอิเล็กตรอน
4. SEM สามารถวิเคราะห์พื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าเมื่อเปรียบเทียบกับ AFM
5. SEM สามารถสแกนได้เร็วกว่า AFM
6. แม้ว่า SEM จะใช้สำหรับการสร้างภาพเท่านั้น แต่ AFM สามารถใช้เพื่อจัดการโมเลกุลนอกเหนือจากการถ่ายภาพได้
7. SEM ซึ่งเปิดตัวในปี 1935 มีประวัติยาวนานกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเมื่อเร็วๆ นี้ (ในปี 1986) ที่เปิดตัว AFM
