際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

Atomic Force Microscope

VuTienLam
VuTienLam

Atomic Force Microscope 息2018. Vu Tien Lam. All Rights Reserved.

1 of 50
Downloaded 23 times
Seminar Hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 AFM: nguy棚n l箪 v 畛ng d畛ng trong l挑nh v畛c c担ng ngh畛 nano Sinh vi棚n th畛c hi畛n 1. V滴 Ti畉n L但m 20162335 2. Mai 畛c D滴ng 20160664 3. D動董ng Thu H動董ng 20162053 4. Ng担 Quang V滴 20164711 Nm 2018
C担ng ngh畛 nano Nano Technology 1C担ng ngh畛 nano l g狸? 2畛ng d畛ng c畛a ngnh CNNN 3Tri畛n v畛ng c畛a CNNN trong n畛n c担ng nghi畛p 4.0 2
K鱈ch th動畛c nano 1.27 107 m 0.22 m 0.7 10-9 m Fullerenes C60 12,756 Km 22 cm 0.7 nm 10 tri畛u l畉n nh畛 h董n 1 t畛 l畉n nh畛 h董n www.physics.ucr.edu 3
C畉u tr炭c nano T畛 "nano" c坦 ngh挑a ph畉n t畛 (10-9) c畛a m畛t 董n v畛 n坦i chung. 畛 但y 董n v畛 l chi畛u di: nanometer or nm, 1 nm = 10-9 m = 10-3 m = 10 V畉t li畛u nano, c畉u tr炭c nano - Nanostructures l h畛 v畉t li畛u v畛i 鱈t nh畉t m畛t chi畛u c坦 k鱈ch th動畛c trong d畉i ~ (1nm -100 nm). Trong c畉u tr炭c nano, electrons b畛 giam c畉m trong chi畛u nano, nh動ng t畛 do chuy畛n 畛ng trong c叩c chi畛u kh叩c. M畛t c叩ch ph但n lo畉i c叩c h畛 th畉p chi畛u: d畛a tr棚n s畛 chi畛u trong 坦 electrons chuy畛n 畛ng t畛 do: 2-D 1-D 0-D 4
C担ng ngh畛 nano l g狸? C担ng ngh畛 nano l vi畛c s叩ng (ch畉) t畉o ra c叩c v畉t li畛u, linh ki畛n v c叩c h畛 th畛ng ch畛c nng, d畛a tr棚n s畛 hi畛u bi畉t v kh畉 nng i畛u khi畛n v畉t ch畉t 畛 k鱈ch th動畛c nanometer (1-100 nm), khi c坦 th畛 quan s叩t 動畛c nh畛ng ch畛c nng v t鱈nh ch畉t m畛i c畛a v畉t ch畉t v khai th叩c ch炭ng cho nhi畛u 畛ng d畛ng kh叩c nhau. Nhi畛m v畛 c畛a ngnh CNNN Ch畉 t畉o 動畛c, Hi畛u v i畛u khi畛n 動畛c, T鱈nh ch畉t m畛i, 畛ng d畛ng. 5
C叩c hi畛n t動畛ng 畉c bi畛t 畛 h畛 th畉p chi畛u Giam c畉m l動畛ng t畛: k畉t qu畉 l動畛ng t畛 h坦a nng l動畛ng v xung l動畛ng, v gi畉m s畛 chi畛u c叩c tr畉ng th叩i i畛n t畛. C叩c hi畛u 畛ng b畛 m畉t/ph但n bi棚n: m畛t ph畉n l畛n, th畉m ch鱈 畉i a s畛 nguy棚n t畛 trong c畉u tr炭c nano l 畛 tr棚n ho畉c g畉n b畛 m畉t hay ph但n bi棚n. T鱈nh ch畉t c董, nhi畛t 畛ng, i畛n, t畛, quang v h坦a c畛a c叩c nguy棚n t畛 ny c坦 th畛 r畉t kh叩c c叩c nguy棚n t畛 n畉m ph鱈a trong. Ph畉n trm nguy棚n t畛 tr棚n b畛 m畉t Nanoscale Materials in Chemistry, Ed. K.J. Klabunde, Wiley, 2001 J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142 6 T畛 l畛 s畛 nguy棚n t畛 b畛 m畉t v trong kh畛i Nano tinh th畛 s畉t
Thang nano = T畛 s畛 b畛 m畉t / th畛 t鱈ch r畉t l畛n Clayton Teague, NNI 7 V鱈 d畛, kh畛i v畉t li畛u h狸nh l畉p ph動董ng 5 cm3 c畉nh ~ 1.7 cm, chia nh畛 24 l畉n thnh c叩c h狸nh l畉p ph動董ng 1 nanometer v畛i di畛n t鱈ch b畛 m畉t tr畉i ra 畛 ph畛 畉y 1 s但n v畉n 畛ng Chia nh畛 24 l畉n Miami MLS stadium
Hi畛u 畛ng k鱈ch th動畛c 畛 thang nanomet Xu畉t hi畛n c叩c hi畛n t動畛ng v t鱈nh ch畉t m畛i, bao g畛m c畉 s畛 thay 畛i v畛: T鱈nh ch畉t v畉t l箪 (vd: nhi畛t 畛 n坦ng ch畉y), T鱈nh ch畉t h坦a h畛c (vd: ho畉t 畛), T鱈nh ch畉t i畛n (vd: 畛 d畉n), T鱈nh ch畉t c董 (vd: s畛c b畛n), T鱈nh ch畉t quang (vd: ph叩t quang). Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001 8 Nhi畛t 畛 n坦ng ch畉y c畛a h畉t vng gi畉m m畉nh khi k鱈ch th動畛c h畉t gi畉m xu畛ng d動畛i 5 nm Ch畉m l動畛ng t畛 thay 畛i m畉u khi k鱈ch th動畛c thay 畛i
V畉t li畛u nano V畉t li畛u nano c坦 k鱈ch th動畛c nh畛 h董n 100 nm 動畛c s畛 d畛ng trong c叩c c畉u tr炭c nano, linh ki畛n nano v h畛 th畛ng nano. H畉t nano v c畉u tr炭c nano: TU Dresden/ESRF, 2008, Northwestern Univ, 2002, IBM Corp., 1993, Univ. of Cambridge, 2007. 9 H畉t nano b畉c San h担 l動畛ng t畛 h狸nh s但n v畉n 畛ng 動畛c s畉p x畉p t畛 c叩c nguy棚n t畛 s畉t tr棚n b畛 m畉t 畉 畛ng C畉u tr炭c nano 3 chi畛u 動畛c t畉o b畛i qu叩 tr狸nh kh畛ng ch畉 t畉o m畉m d但y nano SiC tr棚n c叩c h畉t x炭c t叩c Ga H畉t nano vng
V畉t li畛u nano C叩c c畉u tr炭c nano c叩c bon: graphene, than ch狸, 畛ng nano, fullerene. 10
V畉t li畛u nano D但y nano v 畛ng nano: K鱈ch th動畛c ngang: 1 100 nm, D但y nano v 畛ng nano c坦 c叩c t鱈nh ch畉t v畉t l箪, i畛n t畛 v quang h畛c m畛i do: - Giam gi畛 l動畛ng t畛 hai chi畛u, - M畛t chi畛u c畉u tr炭c, - T畛 l畛 gi畛a di畛n t鱈ch b畛 m畉t v th畛 t鱈ch cao. 畛ng d畛ng ti畛m nng trong r畉t nhi畛u linh ki畛n v h畛 th畛ng nano: - C畉m bi畉n nano v b畛 ch畉p hnh nano, - C叩c linh ki畛n quang i畛n pin m畉t tr畛i, - Transistors, diodes and LASERs. McMaster Univ., 2008 11 Pin m畉t tr畛i d但y nano: C叩c d但y nano t畉o b畛 m畉t c坦 th畛 h畉p th畛 nhi畛u 叩nh s叩ng m畉t tr畛i h董n b畛 m畉t ph畉ng.
畛ng d畛ng c畛a c担ng ngh畛 nano 12 C担ng ngh畛 th担ng tin Nng l動畛ng Y h畛c 畛 gia d畛ng M叩y t鱈nh v c叩c h畛 th畛ng CNTT nh畛 h董n, nhanh h董n, a nng v ti畉t ki畛m nng l動畛ng h董n. Hi畛u su畉t cao h董n v r畉 h董n Pin m畉t tr畛i Pin nhi棚n li畛u Acqui Nhi棚n li畛u sinh h畛c. Th畛c ph畉m: V畉t li畛u 坦ng g坦i, c畉m bi畉n, v lab-on- chips 畛 ki畛m tra ch畉t l動畛ng. D畛t may: V畉i ch畛ng b畉n, ch畛ng th畉m, kh担ng nhu. N畛i tr畛 v m畛 ph畉m: S畉n ph畉m t畛 lm s畉ch, ch畛ng x動畛c, s董n, m畛 ph畉m ch畉t l動畛ng h董n. i畛u tr畛 ung th動 C畉y x動董ng D畉n thu畛c Appetite control Ch畉 t畉o thu畛c D畛ng c畛 y h畛c Ch畉n o叩n b畛nh Imaging.
畛ng d畛ng c畛a c担ng ngh畛 nano IBN Singapore, 2008, ACS Nano 2009, DOI: 10.1021/nn900002m. 13 Targeted drug delivery Lab on chip gene analysis device Nanorobot Nanotechnology Addresses Immortality and the Future of Mankind = C担ng ngh畛 nano h動畛ng t畛i t動董ng lai v s畛 b畉t t畛 c畛a nh但n lo畉i
C担ng ngh畛 ch畉 t畉o Hai c叩ch ti畉p c畉n: T畛 tr棚n xu畛ng: b畉t 畉u t畛 v畉t li畛u kh畛i l畛n, c畉t g畛t d畉n 畛 nh畉n c畉u tr炭c c畉n thi畉t T畛 d動畛i l棚n: l畉p gh辿p c畉u tr炭c t畛 c叩c vi棚n g畉ch l c叩c nguy棚n t畛, ph但n t畛 hay c叩c c畛m nguy棚n t畛. 14 Top-Down Bottom-Up
L畛ch s畛 c担ng ngh畛 nano ~ 2000 nm tr動畛c Ng動畛i Hy L畉p v La M達 d湛ng nano tinh th畛 sulfide 畛 nhu畛m t坦c ~ 1000 nm tr動畛c (Trung C畛) C叩c h畉t vng k鱈ch th動畛c nano 動畛c d湛ng 畛 t畉o mu kh叩c nhau tr棚n k鱈nh c畛a s畛 1959 There is plenty of room at the bottom by R. Feynman 1974 Thu畉t ng畛 Nanotechnology c担ng ngh畛 nano 動畛c Taniguchi s畛 d畛ng l畉n 畉u ti棚n 1981 IBM ch畉 t畉o K鱈nh hi畛n vi tunel qu辿t 1985 Ph叩t hi畛n ra C60 1986 Cu畛n s叩ch KHVT 畉u ti棚n v畛 CN nano C畛 m叩y s叩ng t畉o - Engines of Creation c畛a K. Eric Drexler. Ph叩t minh K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1989 Logo IBM 動畛c t畉o t畛 c叩c nguy棚n t畛 1991 S. Iijima ph叩t hi畛n ra 畛ng nano c叩cbon 1999 Cu畛n s叩ch 畉u ti棚n v畛 Y h畛c nano Nanomedicine 2000 TT Bill Clinton: S叩ng ki畉n qu畛c gia v畛 CN nano National Nanotechnology Initiative . 15
Tri畛n v畛ng ngnh c担ng ngh畛 nano t畉i Vi畛t Nam 1997 T畉i H畛i ngh畛 V畉t l箪 ch畉t r畉n ton qu畛c t畉i 畛 S董n, GS.VS Nguy畛n Vn Hi畛u 達 k棚u g畛i c叩c nh v畉t l箪 VN i ti棚n phong trong vi畛c nghi棚n c畛u nano 2004 Ch動董ng tr狸nh NCCB c畉p Nh n動畛c v畛 CN Nano 2010 T畉p ch鱈 qu畛c t畉 Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology C叩c 董n v畛 nghi棚n c畛u m畉nh v畛 KHCN nano: Vi畛n Hn l但m KHCN VN, H B叩ch khoa HN, H Qu畛c gia HN, H Qu畛c gia Tp HCM. 16
Nano trong t畛 nhi棚n 17 Hi畛u 畛ng b畛 m畉t l叩 sen
Nano trong t畛 nhi棚n 18 C畉u tr炭c nano tr棚n l嘆ng bn ch但n th畉ch s湛ng.
K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 (AFM) K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 t畉i vi畛n VLKT-HBKHN PH畉N II K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畉u t畉o Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng C叩c l挑nh v畛c 畛ng d畛ng 19
Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 20
L畛ch s畛 ph叩t tri畛n 動畛c s叩ng ch畉 b畛i Gerd Binnig v Christoph Gerber vo nm 1986, 動畛c ph叩t tri畛n t畛 m畛t lo畉i k鱈nh hi畛n vi tunel c滴ng do hai 担ng ch畉 t畉o vo nm 1982, K鱈nh c坦 畛 ph但n gi畉i 畛 c畉p 畛 nan担m辿t Thu畛c nh坦m k鱈nh hi畛n vi qu辿t 畉u d嘆 ho畉t 畛ng tr棚n nguy棚n t畉c qu辿t 畉u d嘆 tr棚n b畛 m畉t. chi畉c AFM 畉u ti棚n 動畛c l動u gi畛 t畉i b畉o tng khoa h畛c London. 21
Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 22
畉c i畛m c畛a AFM 働u i畛m: o 動畛c c畉 v畉t d畉n i畛n v v畉t kh担ng d畉n i畛n, Kh担ng 嘆i h畛i m担i tr動畛ng ch但n kh担ng cao, c坦 th畛 ho畉t 畛ng ngay trong m担i tr動畛ng b狸nh th動畛ng. Cho 畉nh b畛 m畉t 畉n 畛 ph但n gi畉i ph但n t畛, t畉o 畉nh ba chi畛u c畛a m畉u. Cung c畉p nh畛ng ph辿p o 畛 cao tr畛c ti畉p v畛 畛a h狸nh c畛a m畉u v h狸nh 畉nh chi ti畉t v畛 畉c tr動ng b畛 m畉t m畉u. H狸nh 畉nh qu辿t AFM 3D c畛a nh坦m anodized. AFM cung c畉p th担ng tin 3 chi畛u b畛 m畉t m畉u 23
畉c i畛m c畛a AFM Nh動畛c i畛m AFM qu辿t 畉nh tr棚n m畛t di畛n t鱈ch h畉p (d動畛i 150 袖m), T畛c 畛 ghi 畉nh ch畉m, Ch畉t l動畛ng 畉nh b畛 畉nh h動畛ng b畛i qu叩 tr狸nh tr畛 c畛a b畛 qu辿t 叩p i畛n, 畉u d嘆 rung tr棚n b畛 m畉t c坦 th畛 ph叩 h畛y b畛 m畉t, y棚u c畉u b畛 m畉t ph畉i s畉ch. 24
Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 25
C畉u t畉o c畛a AFM G畛m c坦 6 b畛 ph畉n ch鱈nh: 1. M滴i nh畛n (tip) 2. C畉n qu辿t (cantilever) 3. Ngu畛n laser 4. G動董ng ph畉n x畉 (miroir) 5. Hai n畛a t畉m quang i畛n (photodiode) 6. B畛 qu辿t 叩p i畛n (piezo scanner) 1 2 3 45 6 26
C畉u t畉o c畛a AFM 27
C畉u t畉o c畛a AFM M滴i nh畛n (tip) Th動畛ng 動畛c lm b畉ng Si ho畉c SiN K鱈ch th動畛c 畉u m滴i nh畛n kho畉ng 1-50 nm 畛 c畛ng m滴i nh畛n kh担ng v動畛t qu叩 0,1 N/m. B叩n k鱈nh cong t畉i 畛nh m滴i d嘆 kho畉ng 10-20 畛. 28
C畉u t畉o c畛a AFM C畉n qu辿t C畉u t畉o t畛 Si3N4, Si v担 畛nh h狸nh ho畉c oxitsilic , K鱈ch th動畛c v h狸nh d畉ng kh叩c nhau, 畛 c畛ng k 10-3-10 N/m, Ph鱈a tr棚n 動畛c ph畛 m畛t l畛p vng m畛ng 畛 ph畉n x畉 叩nh s叩ng. T叩c d畛ng nh動 m畛t l嘆 xo l叩 c畛c nh畉y, l ph畉n c畉m bi畉n vi l畛c v 坦ng vai tr嘆 ch畛 y畉u trong AFM. 29
C畉u t畉o c畛a AFM Ngu畛n laser v g動董ng ph畉n x畉 Ngu畛n laser chi畉u qua th畉u k鱈nh t畉p trung t畉i m畛t i畛m tr棚n c畉n qu辿t, 畛 l畛ch c畛a tia laser l 畛 l畛ch c畛a c畉n qu辿t, G動董ng ph畉n x畉 c坦 t叩c d畛ng l叩i tia laser i 炭ng h動畛ng. Hai n畛a t畉m quang i畛n Ph叩t hi畛n v x叩c 畛nh 畛 l畛ch c畉n qu辿t. B畛 qu辿t 叩p i畛n i畛u khi畛n 畉u d嘆 qu辿t tr棚n m畉u. 30
Ph動董ng ph叩p o 畛 l畛ch c畛a c畉n qu辿t Ghi nh畉n 畛 l畛ch nh畛 c畛a cantilever Ch湛m tia ph叩t ra h畛i t畛 t畉i cantilever v ph畉n x畉 h畛i t畛 t畉i t但m c畛a detector quang, Detector quang b畛n ph畉n 動畛c s畛 d畛ng 畛 x叩c 畛nh v畛 tr鱈 tia ph畉n x畉. X叩c 畛nh 畛 cong v 畛 xo畉n 畛 cong x叩c 畛nh nh畛 l畛c h炭t/畉y (Fz) 畛 xo畉n x叩c 畛nh nh畛 l畛c ngang (FL) X叩c 畛nh t畛 畛 ch棚nh l畛ch d嘆ng quang i畛n S董 畛 m担 t畉 h畛 quang h畛c 畛 ph叩t hi畛n ra 畛 cong c畛acantilever. M畛i li棚nh畛 gi畛a lo畉i bi畉n d畉ng u畛n c畛acantilever(d動畛i) vs畛 thay 畛i v畛 tr鱈c畛a ch湛m叩nhs叩ng h畛i t畛 t畉i m畛i ph畉n c畛adiode quang(tr棚n). 1 2 3 4 1 4 2 3 z L I I I I I I I I I I 31
畉u d嘆 AFM 畉u d嘆 dao 畛ng v畛i nh畛ng mode kh叩c nhau, T畉n s畛 dao 畛ng ri棚ng: l: 畛 di, E: m担un Young, J: moment qu叩n t鱈nh c畛a cantilever, : kh畛i l動畛ng ri棚ng c畛a v畉t li畛u, S: ti畉t di畛n ngang, : h畛 s畛 ph畛 thu畛c mode dao 畛ng (kho畉ng t畛 1-100). L畛c t動董ng t叩c F c畛a m滴i d嘆 v畛i b畛 m畉t c坦 th畛 動畛c 叩nh gi叩 t畛 畛nh lu畉t Hook: F = k.Z Nh畛ng mode dao 畛ng ch畛 y畉uc畛a cantilever. 2 .i n EJ l S 32
畛 ph但n gi畉i ngang 畛 ph但n gi畉i ngang 動畛c x叩c 畛nh b畛i: K鱈ch th動畛c b畉c thang c畛a h狸nh 畉nh, B叩n k鱈nh c畛c 畉i c畛a Tip. 33 畉nh h動畛ng h狸nh h畛c c畛a tip l棚n 畉c tr動ng c畛a b竪 m畉t
Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 34
Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM Khi m滴i nh畛n qu辿t g畉n b畛 m畉t m畉u s畉 xu畉t hi畛n l畛c van der Waals gi畛a c叩c nguy棚n t畛 lm rung thanh cantilever. Dao 畛ng c畛a cantilever 動畛c ghi l畉i nh畛 m畛t tia laser chi畉u qua b畛 m畉t c畛a thanh. Dao 畛ng c畛a cantilever lm thay 畛i g坦c l畛ch c畛a tia laser v 動畛c detector ghi l畉i. Vi畛c ghi l畉i l畛c t動董ng t叩c trong qu叩 tr狸nh thanh rung qu辿t tr棚n b畛 m畉t s畉 cho h狸nh 畉nh c畉u tr炭c b畛 m畉t c畛a m畉u v畉t. B畛 i畛u khi畛n qu辿t theo chi畛u x, y, z 叩p i畛n L畛i ra v i畛u khi畛n ph畉n h畛i 畉u d嘆C畉u n h畛i Photo detector nh畉y v畛 tr鱈 Photo detector nh畉y v畛 tr鱈 M畉u L動畛c 畛 畉c tr動ng c畛a k鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 bi畛u th畛 m畛t s畛 b畛 ph畉n ch鱈nh c畛a thi畉t b畛. Kho畉ng c叩ch gi畛a 畉u kim v b畛 m畉t m畉u n畉m trong kho畉ng t畛 0 歎 100 nm 35
C叩nh tay 嘆n 畉u d嘆 c畛a AFM X辿t c叩nh tay 嘆n c坦 d畉ng kh畛i h畛p ch畛 nh畉t: T叩c d畛ng l畛c Fkim L; 畛 cng bi畉n d畉ng c畛a c叩nh tay 嘆n: Theo 畛nh lu畉t Hooke: H畉ng s畛 n h畛i: T畉n s畛 c畛ng h動畛ng nh畛 nh畉t 0 c畛a c叩nh tay 嘆n khi dao 畛ng t畛 do: N畉u l畉y g畉n 炭ng meff m/5, thay vo bi畛u th畛c 0: V鱈 d畛: Gi畉 thi畉t: L = 100 袖m, w = 10 袖m, z = 1; Y = 1,6.1011 kg.m-3. Thay vo c叩c bi畛u th畛c: K = 0,40 N/m, Fkim = 40 pN, 0 = 927 kHz x z y O L xx 0 L Y L kim F = K.z 3 1 h K = wY 4 L 0 eff K = m 0 2 m Y h = 1,02 . L z x L0 Ftip 0 h R + 慮 2 0 h R - 慮 2 36
Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM AFM c坦 th畛 ho畉t 畛ng theo ba c叩ch kh叩c nhau: D畉ng ti畉p x炭c - tip 動畛c k辿o d畛c theo b畛 m畉t m畉u; 畛 l畛ch cantilever 動畛c o v v chuy畛n thnh d畉ng b畛 m畉t. d畉ng ny c坦 th畛 lm h動 h畉i b畛 m畉t. D畉ng kh担ng ti畉p x炭c - cantilever dao 畛ng tr棚n b畛 m畉t m畉u v b畛 畉nh h動畛ng b畛i l畛c b畛 m畉t v tip (van der Waals). D畉ng Tapping - tip AFM ti畉p x炭c gi叩n o畉n tr棚n b畛 m畉t m畉u trong su畛t nh畛ng i畛m ti畉p x炭c g畉n nh畉t c畛a chu tr狸nh dao 畛ng. 37
Ch畉 畛 ti畉p x炭c 畉u d嘆 動畛c k辿o l棚 r畉t g畉n v畛i b畛 m畉t m畉u. L畛c t動董ng t叩c h炭t/畉y xu畉t hi畛n gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. L畛c c畛a 畉u d嘆 t叩c 畛ng l棚n b畛 m畉t m畉u l kh担ng 畛i. T鱈n hi畛u ph畉n x畉 t畛 tia laser ph叩t hi畛n v i畛u ch畛nh 畛 l畛ch c畛a cantilever. C叩c l畛c ma s叩t, b叩m d鱈nh xu畉t hi畛n g但y ph叩 h畛y b畛 m畉t m畉u. Kh担ng o 動畛c tr棚n v畉t li畛u m畛m. G但y sai l畛ch d畛 li畛u h狸nh 畉nh. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 ti畉p x炭c c畛a AFM. H狸nh 畉nh b畛 m畉t c畛a t畉 bo s畛ng Hela 38
Ch畉 畛 ti畉p x炭c H動畛ng qu辿t L嘆 xo C叩c l畛c ma s叩t C叩c l畛c t挑nh i畛n C叩c l畛c li棚n k畉t mi m嘆n M畉t khum mng ch畉t l畛ng V畉t qu辿t c畛a 畉u d嘆 L畛c 畉u d嘆 L畛c 畉y ion L畛c Pauli L畛c b叩m d鱈nh L畛c 畉y van der Waals C叩c l畛c t畛 L畛c n h畛i bi畉n d畉ng d畉o L畛c mao d畉n S畛 ti畉p x炭c c畛a 畉u d嘆 tr棚n b畛 m畉t m畉u v s畛 t動董ng t叩c gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. 39
Ch畉 畛 ti畉p x炭c T動董ng t叩c gi畛a c叩c nguy棚n t畛 Qu畛 畉o c畛a i畛n t畛 ph畛 thu畛c vo v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a hai nguy棚n t畛. C坦 ba lo畉i t動董ng t叩c: T動董ng t叩c xa: L畛c van der Waals. T動董ng t叩c trung b狸nh: H狸nh thnh 叩m m但y h坦a tr畛 gi畛a hai nguy棚n t畛. T動董ng t叩c g畉n: Nng l動畛ng tng r畉t nhanh. Nng l動畛ng: S畛 d畛ng m担 h狸nh th畉 nng c畛a Lennard Jones 畛 t鱈nh nng l動畛ng: H炭t 畉y Kho畉ng c叩ch0 L畛c 0 l畛c t動董ng t叩c 畛i v畛i ba tr動畛ng h畛p c畛a c叩c nguy棚n t畛 12 6 A A E r = B r r 刻 削 醐 40
Ch畉 畛 kh担ng ti畉p x炭c 畉c i畛m L畛c t動董ng t叩c h畉p d畉n xu畉t hi畛n gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. 畉u d嘆 動畛c gi畛 畛 m畛t kho畉ng c叩ch nh畛 v畛i m畉t m畉u (5-15nm). B畛 m畉t m畉u kh担ng b畛 ph叩 h畛y. L畛c t動董ng t叩c xa van der Waals (y畉u). H畉n ch畉 trong nghi棚n c畛u m畉u sinh h畛c. 動畛c s畛 d畛ng 畛 ph但n t鱈ch ch畉t b叩n d畉n. Nng l動畛ng L nng l動畛ng i畛n tr動畛ng. L畛c t動董ng t叩c L l畛c van der Waals. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 kh担ng ti畉p x炭c c畛a AFM E(r) r1 r0 r2 a1 a0 a2 2 2 2 0 1 e 1 E a = 2m 4竜 aa 12 6 C C E r = r r D畉ng nng l動畛ng trong tr動畛ng h畛p h畛 m畛t v hai nguy棚n t畛 41
Ch畉 畛 l動畛t tr棚n b畛 m畉t 畉c i畛m L t畛 h畛p c畛a ph動董ng th畛c ti畉p x炭c v kh担ng ti畉p x炭c. C叩c l畛c t叩c d畛ng lu担n c坦 ph動董ng th畉ng 畛ng, 畛 畛n 畛nh cao. 働u i畛m 働u i畛m: kh畉c ph畛c c叩c v畉n 畛 li棚n quan 畉n ma s叩t, b叩m d鱈nh, l畛c t挑nh i畛n C坦 畛 ph但n gi畉i co g畉n nh動 trong mode ti畉p x炭c. Kh担ng ph叩 h畛y b畛 m畉t m畉u. o 動畛c tr棚n c畉 c叩c v畉t li畛u m畛m. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 g探 c畛a AFM. Mng m畛ng h畛u c董 tr棚n 畉 mica. 畛 ph但n gi畉i c畛a AFM tr棚n m畉u c叩ch i畛n NaCl. 42
Ch畉 畛 l動畛t tr棚n b畛 m畉t Laser G動董ng Detector T叩ch t鱈n hi畛u B畛 gi畉i bi畉n i畛u t畉n G i畛u khi畛n bi棚n 畛 B畛 d畛ch pha bi畉n 畛i T鱈n hi畛u k鱈ch th鱈ch p i畛n T鱈n hi畛u sai s畛 B畛 i畛u khi畛n PID i畛m thi畉t l畉p i畛u hi畛n qu辿t x, y, z C畉n v 畉u d嘆 M畉u o S董 畛 nguy棚n l箪 c畛a mode o l動畛t tr棚n b畛 m畉t c畛a AFM. 43
Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 44
畛ng d畛ng AFM c坦 c叩c 畛ng d畛ng nh動: Ch畛p 畉nh c畉t l畛p nhanh, M担 t畉, ph但n t鱈ch, x叩c 畛nh 畉c i畛m b畛 m畉t, Ki畛m so叩t ch畉t l動畛ng, ki畛m tra khuy畉t t畉t v畉t li畛u, o c董 h畛c 董n ph但n t畛. AFM c坦 畛ng d畛ng trong nhi畛u l挑nh v畛c nh動: C担ng ngh畛 nano, C担ng ngh畛 b叩n d畉n, D動畛c ph畉m, Sinh h畛c, C担ng ngh畛 v畉t li畛u,... AFM Gallery 畉nh ch畛p AFM b畛 m畉t m畛t t畉m th畛y tinh. 45
畛ng d畛ng H狸nh 畉nh c畛a h狸nh c畉u GaAs 動畛ng k鱈nh trong o 動畛c l 30 nm. H狸nh 畉nh ny 達 動畛c o trongch畉 畛 Close-Contact. L畛p vng dy 400 nanometer b畛c h董i tr棚n m畛t l畛p b畛 m畉t silicon. Sau khi ng但m trong dung d畛ch axit KI va I2, h狸nh 畉nh ny 達 動畛c ch畛p b畛i m叩y AFM 畛 ch畉 畛 tapping mode v畛i 畛 ph坦ng 畉i 20000. 46
畛ng d畛ng H狸nh 畉nh 2-D c畛a 挑a ghi DVD hi畛n th畛 c叩c li棚n k畉t c畛a bit. H狸nh 3-D c畛a 挑a ghi DVD H狸nh 畉nh c畛a m畛t kh畛i v畉t ch畉t b畛 khi畉m khuy畉t ch畛p b畉ng m叩y AFM. 47
畛ng d畛ng L畛p ph畛 polymer m畛m tr棚n c畉nh c畛a m畛t l動畛i dao gi炭p lm s叩ng t畛 c董 ch畉 c畛a s畛 t鱈ch t畛 polymer tr棚n b畛 m畉t th辿p. H狸nh 畉nh th畛 hi畛n r探 b畛 m畉t c畛a v畉t m畉u H狸nh 畉nh b畛 m畉t c畛a m畛t v畉t li畛u polymer. 48
畛ng d畛ng T畉 bo g畛c C2C12 di chuy畛n tr棚n b畛 m畉t th畛y tinh. Khu畉n E-coli ADN ang n畛i l畉i tr棚n t畉m Mica. Chu畛i DNA 動畛c h狸nh dung nh動 m畛t ph畛c h畛p mng RecA protein. 49
Ti li畛u tham kh畉o [1] Picraux, S. Tom, Nanotechnology, Encyclop脱dia Britannica, Inc. [2] Binnig, C. F. Quate and Ch. Gerber, "Atomic Force Microscope," Phys. Rev. Lett, vol. 56, pp. 930 - 933, 1986. [3] G. Binnig, Ch. Gerber, E. Stoll, T. R. Albrecht and C. F. Quate, "Atomic Resolution with Atomic Force Microscope," Europhys. Lett., vol. 3, pp. 1281-1286, 1987. [4] Giessibl, Franz J., "Advances in atomic force microscopy," Rev. Mod. Phys., vol. 75, pp. 949 - 983, 2003. [5] S. Y. J. O. K. M. N. R. W. S. Jingjie Hua, "Investigation of adhesive interactions in the speci鍖c targetingof Triptorelin-conjugated PEG-coated magnetite nanoparticlesto breast cancer cells," Elsevier Journal, vol. Acta Biomaterialia 71, pp. 363-378, 2018. [6] Hans-J端rgen Butt, Alf Mews, Bernward Engelen, "Characterization of physical properties of polymers using AFM force-distance curves," ResearchGate, 2007. [7] o Kh畉c An, C担ng ngh畛 micro v nano i畛n t畛, Nh xu畉t b畉n Gi叩o d畛c Vi畛t Nam, 2009. [8] Scan courtesy J. Brockman, F. Harmon and S. Kowalczykowski, University of California, USA. 50

More Related Content

Atomic Force Microscope

  • 1. Seminar Hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 AFM: nguy棚n l箪 v 畛ng d畛ng trong l挑nh v畛c c担ng ngh畛 nano Sinh vi棚n th畛c hi畛n 1. V滴 Ti畉n L但m 20162335 2. Mai 畛c D滴ng 20160664 3. D動董ng Thu H動董ng 20162053 4. Ng担 Quang V滴 20164711 Nm 2018
  • 2. C担ng ngh畛 nano Nano Technology 1C担ng ngh畛 nano l g狸? 2畛ng d畛ng c畛a ngnh CNNN 3Tri畛n v畛ng c畛a CNNN trong n畛n c担ng nghi畛p 4.0 2
  • 3. K鱈ch th動畛c nano 1.27 107 m 0.22 m 0.7 10-9 m Fullerenes C60 12,756 Km 22 cm 0.7 nm 10 tri畛u l畉n nh畛 h董n 1 t畛 l畉n nh畛 h董n www.physics.ucr.edu 3
  • 4. C畉u tr炭c nano T畛 "nano" c坦 ngh挑a ph畉n t畛 (10-9) c畛a m畛t 董n v畛 n坦i chung. 畛 但y 董n v畛 l chi畛u di: nanometer or nm, 1 nm = 10-9 m = 10-3 m = 10 V畉t li畛u nano, c畉u tr炭c nano - Nanostructures l h畛 v畉t li畛u v畛i 鱈t nh畉t m畛t chi畛u c坦 k鱈ch th動畛c trong d畉i ~ (1nm -100 nm). Trong c畉u tr炭c nano, electrons b畛 giam c畉m trong chi畛u nano, nh動ng t畛 do chuy畛n 畛ng trong c叩c chi畛u kh叩c. M畛t c叩ch ph但n lo畉i c叩c h畛 th畉p chi畛u: d畛a tr棚n s畛 chi畛u trong 坦 electrons chuy畛n 畛ng t畛 do: 2-D 1-D 0-D 4
  • 5. C担ng ngh畛 nano l g狸? C担ng ngh畛 nano l vi畛c s叩ng (ch畉) t畉o ra c叩c v畉t li畛u, linh ki畛n v c叩c h畛 th畛ng ch畛c nng, d畛a tr棚n s畛 hi畛u bi畉t v kh畉 nng i畛u khi畛n v畉t ch畉t 畛 k鱈ch th動畛c nanometer (1-100 nm), khi c坦 th畛 quan s叩t 動畛c nh畛ng ch畛c nng v t鱈nh ch畉t m畛i c畛a v畉t ch畉t v khai th叩c ch炭ng cho nhi畛u 畛ng d畛ng kh叩c nhau. Nhi畛m v畛 c畛a ngnh CNNN Ch畉 t畉o 動畛c, Hi畛u v i畛u khi畛n 動畛c, T鱈nh ch畉t m畛i, 畛ng d畛ng. 5
  • 6. C叩c hi畛n t動畛ng 畉c bi畛t 畛 h畛 th畉p chi畛u Giam c畉m l動畛ng t畛: k畉t qu畉 l動畛ng t畛 h坦a nng l動畛ng v xung l動畛ng, v gi畉m s畛 chi畛u c叩c tr畉ng th叩i i畛n t畛. C叩c hi畛u 畛ng b畛 m畉t/ph但n bi棚n: m畛t ph畉n l畛n, th畉m ch鱈 畉i a s畛 nguy棚n t畛 trong c畉u tr炭c nano l 畛 tr棚n ho畉c g畉n b畛 m畉t hay ph但n bi棚n. T鱈nh ch畉t c董, nhi畛t 畛ng, i畛n, t畛, quang v h坦a c畛a c叩c nguy棚n t畛 ny c坦 th畛 r畉t kh叩c c叩c nguy棚n t畛 n畉m ph鱈a trong. Ph畉n trm nguy棚n t畛 tr棚n b畛 m畉t Nanoscale Materials in Chemistry, Ed. K.J. Klabunde, Wiley, 2001 J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142 6 T畛 l畛 s畛 nguy棚n t畛 b畛 m畉t v trong kh畛i Nano tinh th畛 s畉t
  • 7. Thang nano = T畛 s畛 b畛 m畉t / th畛 t鱈ch r畉t l畛n Clayton Teague, NNI 7 V鱈 d畛, kh畛i v畉t li畛u h狸nh l畉p ph動董ng 5 cm3 c畉nh ~ 1.7 cm, chia nh畛 24 l畉n thnh c叩c h狸nh l畉p ph動董ng 1 nanometer v畛i di畛n t鱈ch b畛 m畉t tr畉i ra 畛 ph畛 畉y 1 s但n v畉n 畛ng Chia nh畛 24 l畉n Miami MLS stadium
  • 8. Hi畛u 畛ng k鱈ch th動畛c 畛 thang nanomet Xu畉t hi畛n c叩c hi畛n t動畛ng v t鱈nh ch畉t m畛i, bao g畛m c畉 s畛 thay 畛i v畛: T鱈nh ch畉t v畉t l箪 (vd: nhi畛t 畛 n坦ng ch畉y), T鱈nh ch畉t h坦a h畛c (vd: ho畉t 畛), T鱈nh ch畉t i畛n (vd: 畛 d畉n), T鱈nh ch畉t c董 (vd: s畛c b畛n), T鱈nh ch畉t quang (vd: ph叩t quang). Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001 8 Nhi畛t 畛 n坦ng ch畉y c畛a h畉t vng gi畉m m畉nh khi k鱈ch th動畛c h畉t gi畉m xu畛ng d動畛i 5 nm Ch畉m l動畛ng t畛 thay 畛i m畉u khi k鱈ch th動畛c thay 畛i
  • 9. V畉t li畛u nano V畉t li畛u nano c坦 k鱈ch th動畛c nh畛 h董n 100 nm 動畛c s畛 d畛ng trong c叩c c畉u tr炭c nano, linh ki畛n nano v h畛 th畛ng nano. H畉t nano v c畉u tr炭c nano: TU Dresden/ESRF, 2008, Northwestern Univ, 2002, IBM Corp., 1993, Univ. of Cambridge, 2007. 9 H畉t nano b畉c San h担 l動畛ng t畛 h狸nh s但n v畉n 畛ng 動畛c s畉p x畉p t畛 c叩c nguy棚n t畛 s畉t tr棚n b畛 m畉t 畉 畛ng C畉u tr炭c nano 3 chi畛u 動畛c t畉o b畛i qu叩 tr狸nh kh畛ng ch畉 t畉o m畉m d但y nano SiC tr棚n c叩c h畉t x炭c t叩c Ga H畉t nano vng
  • 10. V畉t li畛u nano C叩c c畉u tr炭c nano c叩c bon: graphene, than ch狸, 畛ng nano, fullerene. 10
  • 11. V畉t li畛u nano D但y nano v 畛ng nano: K鱈ch th動畛c ngang: 1 100 nm, D但y nano v 畛ng nano c坦 c叩c t鱈nh ch畉t v畉t l箪, i畛n t畛 v quang h畛c m畛i do: - Giam gi畛 l動畛ng t畛 hai chi畛u, - M畛t chi畛u c畉u tr炭c, - T畛 l畛 gi畛a di畛n t鱈ch b畛 m畉t v th畛 t鱈ch cao. 畛ng d畛ng ti畛m nng trong r畉t nhi畛u linh ki畛n v h畛 th畛ng nano: - C畉m bi畉n nano v b畛 ch畉p hnh nano, - C叩c linh ki畛n quang i畛n pin m畉t tr畛i, - Transistors, diodes and LASERs. McMaster Univ., 2008 11 Pin m畉t tr畛i d但y nano: C叩c d但y nano t畉o b畛 m畉t c坦 th畛 h畉p th畛 nhi畛u 叩nh s叩ng m畉t tr畛i h董n b畛 m畉t ph畉ng.
  • 12. 畛ng d畛ng c畛a c担ng ngh畛 nano 12 C担ng ngh畛 th担ng tin Nng l動畛ng Y h畛c 畛 gia d畛ng M叩y t鱈nh v c叩c h畛 th畛ng CNTT nh畛 h董n, nhanh h董n, a nng v ti畉t ki畛m nng l動畛ng h董n. Hi畛u su畉t cao h董n v r畉 h董n Pin m畉t tr畛i Pin nhi棚n li畛u Acqui Nhi棚n li畛u sinh h畛c. Th畛c ph畉m: V畉t li畛u 坦ng g坦i, c畉m bi畉n, v lab-on- chips 畛 ki畛m tra ch畉t l動畛ng. D畛t may: V畉i ch畛ng b畉n, ch畛ng th畉m, kh担ng nhu. N畛i tr畛 v m畛 ph畉m: S畉n ph畉m t畛 lm s畉ch, ch畛ng x動畛c, s董n, m畛 ph畉m ch畉t l動畛ng h董n. i畛u tr畛 ung th動 C畉y x動董ng D畉n thu畛c Appetite control Ch畉 t畉o thu畛c D畛ng c畛 y h畛c Ch畉n o叩n b畛nh Imaging.
  • 13. 畛ng d畛ng c畛a c担ng ngh畛 nano IBN Singapore, 2008, ACS Nano 2009, DOI: 10.1021/nn900002m. 13 Targeted drug delivery Lab on chip gene analysis device Nanorobot Nanotechnology Addresses Immortality and the Future of Mankind = C担ng ngh畛 nano h動畛ng t畛i t動董ng lai v s畛 b畉t t畛 c畛a nh但n lo畉i
  • 14. C担ng ngh畛 ch畉 t畉o Hai c叩ch ti畉p c畉n: T畛 tr棚n xu畛ng: b畉t 畉u t畛 v畉t li畛u kh畛i l畛n, c畉t g畛t d畉n 畛 nh畉n c畉u tr炭c c畉n thi畉t T畛 d動畛i l棚n: l畉p gh辿p c畉u tr炭c t畛 c叩c vi棚n g畉ch l c叩c nguy棚n t畛, ph但n t畛 hay c叩c c畛m nguy棚n t畛. 14 Top-Down Bottom-Up
  • 15. L畛ch s畛 c担ng ngh畛 nano ~ 2000 nm tr動畛c Ng動畛i Hy L畉p v La M達 d湛ng nano tinh th畛 sulfide 畛 nhu畛m t坦c ~ 1000 nm tr動畛c (Trung C畛) C叩c h畉t vng k鱈ch th動畛c nano 動畛c d湛ng 畛 t畉o mu kh叩c nhau tr棚n k鱈nh c畛a s畛 1959 There is plenty of room at the bottom by R. Feynman 1974 Thu畉t ng畛 Nanotechnology c担ng ngh畛 nano 動畛c Taniguchi s畛 d畛ng l畉n 畉u ti棚n 1981 IBM ch畉 t畉o K鱈nh hi畛n vi tunel qu辿t 1985 Ph叩t hi畛n ra C60 1986 Cu畛n s叩ch KHVT 畉u ti棚n v畛 CN nano C畛 m叩y s叩ng t畉o - Engines of Creation c畛a K. Eric Drexler. Ph叩t minh K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1989 Logo IBM 動畛c t畉o t畛 c叩c nguy棚n t畛 1991 S. Iijima ph叩t hi畛n ra 畛ng nano c叩cbon 1999 Cu畛n s叩ch 畉u ti棚n v畛 Y h畛c nano Nanomedicine 2000 TT Bill Clinton: S叩ng ki畉n qu畛c gia v畛 CN nano National Nanotechnology Initiative . 15
  • 16. Tri畛n v畛ng ngnh c担ng ngh畛 nano t畉i Vi畛t Nam 1997 T畉i H畛i ngh畛 V畉t l箪 ch畉t r畉n ton qu畛c t畉i 畛 S董n, GS.VS Nguy畛n Vn Hi畛u 達 k棚u g畛i c叩c nh v畉t l箪 VN i ti棚n phong trong vi畛c nghi棚n c畛u nano 2004 Ch動董ng tr狸nh NCCB c畉p Nh n動畛c v畛 CN Nano 2010 T畉p ch鱈 qu畛c t畉 Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology C叩c 董n v畛 nghi棚n c畛u m畉nh v畛 KHCN nano: Vi畛n Hn l但m KHCN VN, H B叩ch khoa HN, H Qu畛c gia HN, H Qu畛c gia Tp HCM. 16
  • 17. Nano trong t畛 nhi棚n 17 Hi畛u 畛ng b畛 m畉t l叩 sen
  • 18. Nano trong t畛 nhi棚n 18 C畉u tr炭c nano tr棚n l嘆ng bn ch但n th畉ch s湛ng.
  • 19. K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 (AFM) K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 t畉i vi畛n VLKT-HBKHN PH畉N II K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畉u t畉o Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng C叩c l挑nh v畛c 畛ng d畛ng 19
  • 20. Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 20
  • 21. L畛ch s畛 ph叩t tri畛n 動畛c s叩ng ch畉 b畛i Gerd Binnig v Christoph Gerber vo nm 1986, 動畛c ph叩t tri畛n t畛 m畛t lo畉i k鱈nh hi畛n vi tunel c滴ng do hai 担ng ch畉 t畉o vo nm 1982, K鱈nh c坦 畛 ph但n gi畉i 畛 c畉p 畛 nan担m辿t Thu畛c nh坦m k鱈nh hi畛n vi qu辿t 畉u d嘆 ho畉t 畛ng tr棚n nguy棚n t畉c qu辿t 畉u d嘆 tr棚n b畛 m畉t. chi畉c AFM 畉u ti棚n 動畛c l動u gi畛 t畉i b畉o tng khoa h畛c London. 21
  • 22. Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 22
  • 23. 畉c i畛m c畛a AFM 働u i畛m: o 動畛c c畉 v畉t d畉n i畛n v v畉t kh担ng d畉n i畛n, Kh担ng 嘆i h畛i m担i tr動畛ng ch但n kh担ng cao, c坦 th畛 ho畉t 畛ng ngay trong m担i tr動畛ng b狸nh th動畛ng. Cho 畉nh b畛 m畉t 畉n 畛 ph但n gi畉i ph但n t畛, t畉o 畉nh ba chi畛u c畛a m畉u. Cung c畉p nh畛ng ph辿p o 畛 cao tr畛c ti畉p v畛 畛a h狸nh c畛a m畉u v h狸nh 畉nh chi ti畉t v畛 畉c tr動ng b畛 m畉t m畉u. H狸nh 畉nh qu辿t AFM 3D c畛a nh坦m anodized. AFM cung c畉p th担ng tin 3 chi畛u b畛 m畉t m畉u 23
  • 24. 畉c i畛m c畛a AFM Nh動畛c i畛m AFM qu辿t 畉nh tr棚n m畛t di畛n t鱈ch h畉p (d動畛i 150 袖m), T畛c 畛 ghi 畉nh ch畉m, Ch畉t l動畛ng 畉nh b畛 畉nh h動畛ng b畛i qu叩 tr狸nh tr畛 c畛a b畛 qu辿t 叩p i畛n, 畉u d嘆 rung tr棚n b畛 m畉t c坦 th畛 ph叩 h畛y b畛 m畉t, y棚u c畉u b畛 m畉t ph畉i s畉ch. 24
  • 25. Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 25
  • 26. C畉u t畉o c畛a AFM G畛m c坦 6 b畛 ph畉n ch鱈nh: 1. M滴i nh畛n (tip) 2. C畉n qu辿t (cantilever) 3. Ngu畛n laser 4. G動董ng ph畉n x畉 (miroir) 5. Hai n畛a t畉m quang i畛n (photodiode) 6. B畛 qu辿t 叩p i畛n (piezo scanner) 1 2 3 45 6 26
  • 28. C畉u t畉o c畛a AFM M滴i nh畛n (tip) Th動畛ng 動畛c lm b畉ng Si ho畉c SiN K鱈ch th動畛c 畉u m滴i nh畛n kho畉ng 1-50 nm 畛 c畛ng m滴i nh畛n kh担ng v動畛t qu叩 0,1 N/m. B叩n k鱈nh cong t畉i 畛nh m滴i d嘆 kho畉ng 10-20 畛. 28
  • 29. C畉u t畉o c畛a AFM C畉n qu辿t C畉u t畉o t畛 Si3N4, Si v担 畛nh h狸nh ho畉c oxitsilic , K鱈ch th動畛c v h狸nh d畉ng kh叩c nhau, 畛 c畛ng k 10-3-10 N/m, Ph鱈a tr棚n 動畛c ph畛 m畛t l畛p vng m畛ng 畛 ph畉n x畉 叩nh s叩ng. T叩c d畛ng nh動 m畛t l嘆 xo l叩 c畛c nh畉y, l ph畉n c畉m bi畉n vi l畛c v 坦ng vai tr嘆 ch畛 y畉u trong AFM. 29
  • 30. C畉u t畉o c畛a AFM Ngu畛n laser v g動董ng ph畉n x畉 Ngu畛n laser chi畉u qua th畉u k鱈nh t畉p trung t畉i m畛t i畛m tr棚n c畉n qu辿t, 畛 l畛ch c畛a tia laser l 畛 l畛ch c畛a c畉n qu辿t, G動董ng ph畉n x畉 c坦 t叩c d畛ng l叩i tia laser i 炭ng h動畛ng. Hai n畛a t畉m quang i畛n Ph叩t hi畛n v x叩c 畛nh 畛 l畛ch c畉n qu辿t. B畛 qu辿t 叩p i畛n i畛u khi畛n 畉u d嘆 qu辿t tr棚n m畉u. 30
  • 31. Ph動董ng ph叩p o 畛 l畛ch c畛a c畉n qu辿t Ghi nh畉n 畛 l畛ch nh畛 c畛a cantilever Ch湛m tia ph叩t ra h畛i t畛 t畉i cantilever v ph畉n x畉 h畛i t畛 t畉i t但m c畛a detector quang, Detector quang b畛n ph畉n 動畛c s畛 d畛ng 畛 x叩c 畛nh v畛 tr鱈 tia ph畉n x畉. X叩c 畛nh 畛 cong v 畛 xo畉n 畛 cong x叩c 畛nh nh畛 l畛c h炭t/畉y (Fz) 畛 xo畉n x叩c 畛nh nh畛 l畛c ngang (FL) X叩c 畛nh t畛 畛 ch棚nh l畛ch d嘆ng quang i畛n S董 畛 m担 t畉 h畛 quang h畛c 畛 ph叩t hi畛n ra 畛 cong c畛acantilever. M畛i li棚nh畛 gi畛a lo畉i bi畉n d畉ng u畛n c畛acantilever(d動畛i) vs畛 thay 畛i v畛 tr鱈c畛a ch湛m叩nhs叩ng h畛i t畛 t畉i m畛i ph畉n c畛adiode quang(tr棚n). 1 2 3 4 1 4 2 3 z L I I I I I I I I I I 31
  • 32. 畉u d嘆 AFM 畉u d嘆 dao 畛ng v畛i nh畛ng mode kh叩c nhau, T畉n s畛 dao 畛ng ri棚ng: l: 畛 di, E: m担un Young, J: moment qu叩n t鱈nh c畛a cantilever, : kh畛i l動畛ng ri棚ng c畛a v畉t li畛u, S: ti畉t di畛n ngang, : h畛 s畛 ph畛 thu畛c mode dao 畛ng (kho畉ng t畛 1-100). L畛c t動董ng t叩c F c畛a m滴i d嘆 v畛i b畛 m畉t c坦 th畛 動畛c 叩nh gi叩 t畛 畛nh lu畉t Hook: F = k.Z Nh畛ng mode dao 畛ng ch畛 y畉uc畛a cantilever. 2 .i n EJ l S 32
  • 33. 畛 ph但n gi畉i ngang 畛 ph但n gi畉i ngang 動畛c x叩c 畛nh b畛i: K鱈ch th動畛c b畉c thang c畛a h狸nh 畉nh, B叩n k鱈nh c畛c 畉i c畛a Tip. 33 畉nh h動畛ng h狸nh h畛c c畛a tip l棚n 畉c tr動ng c畛a b竪 m畉t
  • 34. Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 34
  • 35. Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM Khi m滴i nh畛n qu辿t g畉n b畛 m畉t m畉u s畉 xu畉t hi畛n l畛c van der Waals gi畛a c叩c nguy棚n t畛 lm rung thanh cantilever. Dao 畛ng c畛a cantilever 動畛c ghi l畉i nh畛 m畛t tia laser chi畉u qua b畛 m畉t c畛a thanh. Dao 畛ng c畛a cantilever lm thay 畛i g坦c l畛ch c畛a tia laser v 動畛c detector ghi l畉i. Vi畛c ghi l畉i l畛c t動董ng t叩c trong qu叩 tr狸nh thanh rung qu辿t tr棚n b畛 m畉t s畉 cho h狸nh 畉nh c畉u tr炭c b畛 m畉t c畛a m畉u v畉t. B畛 i畛u khi畛n qu辿t theo chi畛u x, y, z 叩p i畛n L畛i ra v i畛u khi畛n ph畉n h畛i 畉u d嘆C畉u n h畛i Photo detector nh畉y v畛 tr鱈 Photo detector nh畉y v畛 tr鱈 M畉u L動畛c 畛 畉c tr動ng c畛a k鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 bi畛u th畛 m畛t s畛 b畛 ph畉n ch鱈nh c畛a thi畉t b畛. Kho畉ng c叩ch gi畛a 畉u kim v b畛 m畉t m畉u n畉m trong kho畉ng t畛 0 歎 100 nm 35
  • 36. C叩nh tay 嘆n 畉u d嘆 c畛a AFM X辿t c叩nh tay 嘆n c坦 d畉ng kh畛i h畛p ch畛 nh畉t: T叩c d畛ng l畛c Fkim L; 畛 cng bi畉n d畉ng c畛a c叩nh tay 嘆n: Theo 畛nh lu畉t Hooke: H畉ng s畛 n h畛i: T畉n s畛 c畛ng h動畛ng nh畛 nh畉t 0 c畛a c叩nh tay 嘆n khi dao 畛ng t畛 do: N畉u l畉y g畉n 炭ng meff m/5, thay vo bi畛u th畛c 0: V鱈 d畛: Gi畉 thi畉t: L = 100 袖m, w = 10 袖m, z = 1; Y = 1,6.1011 kg.m-3. Thay vo c叩c bi畛u th畛c: K = 0,40 N/m, Fkim = 40 pN, 0 = 927 kHz x z y O L xx 0 L Y L kim F = K.z 3 1 h K = wY 4 L 0 eff K = m 0 2 m Y h = 1,02 . L z x L0 Ftip 0 h R + 慮 2 0 h R - 慮 2 36
  • 37. Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM AFM c坦 th畛 ho畉t 畛ng theo ba c叩ch kh叩c nhau: D畉ng ti畉p x炭c - tip 動畛c k辿o d畛c theo b畛 m畉t m畉u; 畛 l畛ch cantilever 動畛c o v v chuy畛n thnh d畉ng b畛 m畉t. d畉ng ny c坦 th畛 lm h動 h畉i b畛 m畉t. D畉ng kh担ng ti畉p x炭c - cantilever dao 畛ng tr棚n b畛 m畉t m畉u v b畛 畉nh h動畛ng b畛i l畛c b畛 m畉t v tip (van der Waals). D畉ng Tapping - tip AFM ti畉p x炭c gi叩n o畉n tr棚n b畛 m畉t m畉u trong su畛t nh畛ng i畛m ti畉p x炭c g畉n nh畉t c畛a chu tr狸nh dao 畛ng. 37
  • 38. Ch畉 畛 ti畉p x炭c 畉u d嘆 動畛c k辿o l棚 r畉t g畉n v畛i b畛 m畉t m畉u. L畛c t動董ng t叩c h炭t/畉y xu畉t hi畛n gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. L畛c c畛a 畉u d嘆 t叩c 畛ng l棚n b畛 m畉t m畉u l kh担ng 畛i. T鱈n hi畛u ph畉n x畉 t畛 tia laser ph叩t hi畛n v i畛u ch畛nh 畛 l畛ch c畛a cantilever. C叩c l畛c ma s叩t, b叩m d鱈nh xu畉t hi畛n g但y ph叩 h畛y b畛 m畉t m畉u. Kh担ng o 動畛c tr棚n v畉t li畛u m畛m. G但y sai l畛ch d畛 li畛u h狸nh 畉nh. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 ti畉p x炭c c畛a AFM. H狸nh 畉nh b畛 m畉t c畛a t畉 bo s畛ng Hela 38
  • 39. Ch畉 畛 ti畉p x炭c H動畛ng qu辿t L嘆 xo C叩c l畛c ma s叩t C叩c l畛c t挑nh i畛n C叩c l畛c li棚n k畉t mi m嘆n M畉t khum mng ch畉t l畛ng V畉t qu辿t c畛a 畉u d嘆 L畛c 畉u d嘆 L畛c 畉y ion L畛c Pauli L畛c b叩m d鱈nh L畛c 畉y van der Waals C叩c l畛c t畛 L畛c n h畛i bi畉n d畉ng d畉o L畛c mao d畉n S畛 ti畉p x炭c c畛a 畉u d嘆 tr棚n b畛 m畉t m畉u v s畛 t動董ng t叩c gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. 39
  • 40. Ch畉 畛 ti畉p x炭c T動董ng t叩c gi畛a c叩c nguy棚n t畛 Qu畛 畉o c畛a i畛n t畛 ph畛 thu畛c vo v畛 tr鱈 t動董ng 畛i c畛a hai nguy棚n t畛. C坦 ba lo畉i t動董ng t叩c: T動董ng t叩c xa: L畛c van der Waals. T動董ng t叩c trung b狸nh: H狸nh thnh 叩m m但y h坦a tr畛 gi畛a hai nguy棚n t畛. T動董ng t叩c g畉n: Nng l動畛ng tng r畉t nhanh. Nng l動畛ng: S畛 d畛ng m担 h狸nh th畉 nng c畛a Lennard Jones 畛 t鱈nh nng l動畛ng: H炭t 畉y Kho畉ng c叩ch0 L畛c 0 l畛c t動董ng t叩c 畛i v畛i ba tr動畛ng h畛p c畛a c叩c nguy棚n t畛 12 6 A A E r = B r r 刻 削 醐 40
  • 41. Ch畉 畛 kh担ng ti畉p x炭c 畉c i畛m L畛c t動董ng t叩c h畉p d畉n xu畉t hi畛n gi畛a 畉u d嘆 v b畛 m畉t m畉u. 畉u d嘆 動畛c gi畛 畛 m畛t kho畉ng c叩ch nh畛 v畛i m畉t m畉u (5-15nm). B畛 m畉t m畉u kh担ng b畛 ph叩 h畛y. L畛c t動董ng t叩c xa van der Waals (y畉u). H畉n ch畉 trong nghi棚n c畛u m畉u sinh h畛c. 動畛c s畛 d畛ng 畛 ph但n t鱈ch ch畉t b叩n d畉n. Nng l動畛ng L nng l動畛ng i畛n tr動畛ng. L畛c t動董ng t叩c L l畛c van der Waals. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 kh担ng ti畉p x炭c c畛a AFM E(r) r1 r0 r2 a1 a0 a2 2 2 2 0 1 e 1 E a = 2m 4竜 aa 12 6 C C E r = r r D畉ng nng l動畛ng trong tr動畛ng h畛p h畛 m畛t v hai nguy棚n t畛 41
  • 42. Ch畉 畛 l動畛t tr棚n b畛 m畉t 畉c i畛m L t畛 h畛p c畛a ph動董ng th畛c ti畉p x炭c v kh担ng ti畉p x炭c. C叩c l畛c t叩c d畛ng lu担n c坦 ph動董ng th畉ng 畛ng, 畛 畛n 畛nh cao. 働u i畛m 働u i畛m: kh畉c ph畛c c叩c v畉n 畛 li棚n quan 畉n ma s叩t, b叩m d鱈nh, l畛c t挑nh i畛n C坦 畛 ph但n gi畉i co g畉n nh動 trong mode ti畉p x炭c. Kh担ng ph叩 h畛y b畛 m畉t m畉u. o 動畛c tr棚n c畉 c叩c v畉t li畛u m畛m. S董 畛 m担 t畉 ch畉 畛 g探 c畛a AFM. Mng m畛ng h畛u c董 tr棚n 畉 mica. 畛 ph但n gi畉i c畛a AFM tr棚n m畉u c叩ch i畛n NaCl. 42
  • 43. Ch畉 畛 l動畛t tr棚n b畛 m畉t Laser G動董ng Detector T叩ch t鱈n hi畛u B畛 gi畉i bi畉n i畛u t畉n G i畛u khi畛n bi棚n 畛 B畛 d畛ch pha bi畉n 畛i T鱈n hi畛u k鱈ch th鱈ch p i畛n T鱈n hi畛u sai s畛 B畛 i畛u khi畛n PID i畛m thi畉t l畉p i畛u hi畛n qu辿t x, y, z C畉n v 畉u d嘆 M畉u o S董 畛 nguy棚n l箪 c畛a mode o l動畛t tr棚n b畛 m畉t c畛a AFM. 43
  • 44. Ngu畛n g畛c v l畛ch s畛 ph叩t tri畛n 畉c i畛m c畛a AFM C畉u t畉o c畛a AFM Nguy棚n l箪 ho畉t 畛ng c畛a AFM 畛ng d畛ng c畛a AFM K鱈nh hi畛n vi l畛c nguy棚n t畛 1 2 3 4 5 44
  • 45. 畛ng d畛ng AFM c坦 c叩c 畛ng d畛ng nh動: Ch畛p 畉nh c畉t l畛p nhanh, M担 t畉, ph但n t鱈ch, x叩c 畛nh 畉c i畛m b畛 m畉t, Ki畛m so叩t ch畉t l動畛ng, ki畛m tra khuy畉t t畉t v畉t li畛u, o c董 h畛c 董n ph但n t畛. AFM c坦 畛ng d畛ng trong nhi畛u l挑nh v畛c nh動: C担ng ngh畛 nano, C担ng ngh畛 b叩n d畉n, D動畛c ph畉m, Sinh h畛c, C担ng ngh畛 v畉t li畛u,... AFM Gallery 畉nh ch畛p AFM b畛 m畉t m畛t t畉m th畛y tinh. 45
  • 46. 畛ng d畛ng H狸nh 畉nh c畛a h狸nh c畉u GaAs 動畛ng k鱈nh trong o 動畛c l 30 nm. H狸nh 畉nh ny 達 動畛c o trongch畉 畛 Close-Contact. L畛p vng dy 400 nanometer b畛c h董i tr棚n m畛t l畛p b畛 m畉t silicon. Sau khi ng但m trong dung d畛ch axit KI va I2, h狸nh 畉nh ny 達 動畛c ch畛p b畛i m叩y AFM 畛 ch畉 畛 tapping mode v畛i 畛 ph坦ng 畉i 20000. 46
  • 47. 畛ng d畛ng H狸nh 畉nh 2-D c畛a 挑a ghi DVD hi畛n th畛 c叩c li棚n k畉t c畛a bit. H狸nh 3-D c畛a 挑a ghi DVD H狸nh 畉nh c畛a m畛t kh畛i v畉t ch畉t b畛 khi畉m khuy畉t ch畛p b畉ng m叩y AFM. 47
  • 48. 畛ng d畛ng L畛p ph畛 polymer m畛m tr棚n c畉nh c畛a m畛t l動畛i dao gi炭p lm s叩ng t畛 c董 ch畉 c畛a s畛 t鱈ch t畛 polymer tr棚n b畛 m畉t th辿p. H狸nh 畉nh th畛 hi畛n r探 b畛 m畉t c畛a v畉t m畉u H狸nh 畉nh b畛 m畉t c畛a m畛t v畉t li畛u polymer. 48
  • 49. 畛ng d畛ng T畉 bo g畛c C2C12 di chuy畛n tr棚n b畛 m畉t th畛y tinh. Khu畉n E-coli ADN ang n畛i l畉i tr棚n t畉m Mica. Chu畛i DNA 動畛c h狸nh dung nh動 m畛t ph畛c h畛p mng RecA protein. 49
  • 50. Ti li畛u tham kh畉o [1] Picraux, S. Tom, Nanotechnology, Encyclop脱dia Britannica, Inc. [2] Binnig, C. F. Quate and Ch. Gerber, "Atomic Force Microscope," Phys. Rev. Lett, vol. 56, pp. 930 - 933, 1986. [3] G. Binnig, Ch. Gerber, E. Stoll, T. R. Albrecht and C. F. Quate, "Atomic Resolution with Atomic Force Microscope," Europhys. Lett., vol. 3, pp. 1281-1286, 1987. [4] Giessibl, Franz J., "Advances in atomic force microscopy," Rev. Mod. Phys., vol. 75, pp. 949 - 983, 2003. [5] S. Y. J. O. K. M. N. R. W. S. Jingjie Hua, "Investigation of adhesive interactions in the speci鍖c targetingof Triptorelin-conjugated PEG-coated magnetite nanoparticlesto breast cancer cells," Elsevier Journal, vol. Acta Biomaterialia 71, pp. 363-378, 2018. [6] Hans-J端rgen Butt, Alf Mews, Bernward Engelen, "Characterization of physical properties of polymers using AFM force-distance curves," ResearchGate, 2007. [7] o Kh畉c An, C担ng ngh畛 micro v nano i畛n t畛, Nh xu畉t b畉n Gi叩o d畛c Vi畛t Nam, 2009. [8] Scan courtesy J. Brockman, F. Harmon and S. Kowalczykowski, University of California, USA. 50