Microscopie en mode contact « classique » (AFM)
Imagerie de surface de polymères : microscopie à force atomique

Par souci de clarté, le principe de fonctionnement du microscope à force atomique sera développé ici dans le cas du microscope à force atomique en mode contact, mis au point par Binnig, Quate et Gerber en 1986. Les versions ultérieures du microscope à force atomique seront décrites ensuite plus rapidement avec des exemples d’application.

L’intensité de la force normale varie entre 10^–7 et 10^–11 N suivant que les observations sont faites dans l’air ou dans un milieu liquide [4]. Lorsque la surface du polymère est fragile, il est donc préférable de travailler en milieu liquide afin de minimiser la force appliquée. Différents types de cales piézoélectriques sont maintenant disponibles, permettant des tailles maximales, de balayage de l’échantillon dans le plan horizontal (x, y ) allant de 10 × 10 à 200 × 200 µm². Les ressorts utilisés sont en général en nitrure de silicium, en silice ou en silicium. Leur taille (longueur : 100 à 500 µm, épaisseur : 0,5 à 5 µm, masse : 10^–5 à 10^–7 g) est choisie de façon à ce que leur constante de raideur k soit de l’ordre de 0,1 à 1 N/m et leur fréquence de résonance de l’ordre de 10 à 100 kHz. Dans ces conditions, la pointe pourra mesurer des variations de hauteur (Δz ) de l’ordre du nanomètre sans perturber l’arrangement atomique de la surface (la fréquence propre de vibration des atomes est supérieure ou égale à 10¹³ Hz) et en s’affranchissant des basses fréquences parasites extérieures. Les pointes ont souvent une forme pyramidale et leur rayon de courbure à l’apex est de l’ordre de 20 nm. L’AFM se caractérise par une excellente résolution : la résolution verticale en z est de l’ordre de 0,02 nm et la résolution latérale de l’ordre de 0,01 nm.

La figure 4 montre le...