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Como usar a tecnologia PFM para explorar a microestrutura interna dos materiais? Aprenda o segredo da alta resolução!
Com o rápido desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas, a compreensão aprofundada da microestrutura interna dos materiais tornou-se um dos focos de muitos campos de pesquisa. A Microscopia de Força Piezoresposta (PFM) é uma variante inovadora do microscópio de força atômica capaz de gerar imagens e manipular o campo de materiais piezoelétricos/ferroelétricos em alta resolução. Este artigo irá aprofundar os princípios operacionais e aplicações do PFM e revelar os segredos de sua alta resolução.
Princípios básicos da tecnologia GFP
A tecnologia PFM tem atraído gradualmente a atenção generalizada desde que foi implementada pela primeira vez, principalmente devido às suas vantagens em diferentes campos de materiais ferroelétricos, semicondutores e até mesmo biologia.
O PFM permite que os pesquisadores identifiquem áreas de tamanhos variados, variando de 100 × 100 μm2, até a nanoescala, enquanto simultaneamente visualizam a topografia da superfície da amostra.
Em uma operação típica de PFM, os pesquisadores usam uma sonda condutora afiada para entrar em contato com o material piezoelétrico e aplicar uma tensão CA à sonda para estimular a deformação da amostra. A deflexão da sonda é detectada por métodos padrão de detecção de fotodiodo dividido e demodulada por um amplificador lock-in para obter imagens de alta resolução.
Conhecimento básico do efeito piezoelétrico
O efeito piezoelétrico descreve a deformação produzida por um material quando um campo elétrico é aplicado. Este efeito permite que o PFM detecte alterações elétricas e mecânicas nos materiais. Tomando o BaTiO3 como exemplo, quando uma tensão de 1V é aplicada, ocorrerá um pequeno deslocamento, de apenas 0,0856 nanômetros. Esses pequenos deslocamentos são difíceis de capturar para sistemas de detecção tradicionais, portanto o PFM usa tecnologia de bloqueio de fase para separar o sinal alvo do ruído aleatório.
Múltiplos modos de imagem do PFM
A tecnologia PFM pode ser diferenciada em modos de imagem vertical e lateral. Ao dividir o detector de fotodiodo, o PFM pode obter sinais de resposta piezoelétrica no plano e fora do plano para analisar a direção de polarização do material.
No modo PFM vertical, a direção da polarização pode ser identificada com informações de fase, enquanto no modo PFM lateral, os componentes de polarização no plano podem ser determinados.
Aplicação de PFM em biomateriais
A aplicação da tecnologia PFM em biomateriais também mostrou seu amplo potencial, como no estudo de dentes, ossos, pulmões e fibras colágenas individuais. A piezoeletricidade endógena desses materiais pode desempenhar um papel importante em sua biologia mecânica. desempenham um papel fundamental na aprendizagem.
Introdução ao modo PFM avançado
Com o avanço da tecnologia, o PFM também lançou uma variedade de modos avançados, melhorando significativamente a flexibilidade de detecção de recursos em nanoescala. Por exemplo, a tecnologia PFM sequencial no tempo permite imagens instantâneas da troca de material, aplicando pulsos de tensão acima de uma tensão crítica à amostra e, posteriormente, gerando imagens, capturando o processo de troca instantânea.
Além disso, a tecnologia PFM de ressonância de contato melhora a relação sinal-ruído do sinal ajustando a frequência aplicada, alcançando assim maior precisão de medição. A tecnologia PFM de espectro de comutação (SS) expande ainda mais a faixa de aplicação do PFM e fornece detecção de propriedades de materiais sob diferentes campos elétricos.
Conclusão
O desenvolvimento da tecnologia PFM está promovendo rapidamente a pesquisa em ciência dos materiais, eletrônica e até mesmo na biomedicina. Esta tecnologia pode revelar os mistérios da estrutura interna de vários materiais com alta resolução e, à medida que a tecnologia continua a avançar, trará métodos de observação e pesquisa mais sofisticados. No futuro, em que novos campos ou tecnologias a GFP poderá continuar a exercer o seu forte potencial?
