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나노영역의 역학적 특성 계측

전문가 제언: ○ 원자력간 현미경(AFM)에 대한 설명을 보충하고자 한다. AFM은 나노급의 고체표면상을 그리는 도구일 뿐만 아니라, 힘 대 거리의 관계를 측정하여 소위 힘의 곡선을 그리는 데 사용된다. 이 곡선은 탄성, 경도, Hamaker상수, 접착력 및 표면 충전밀도 등 국소적 재료성질의 정보를 제공해준다. 힘의 곡선은 표면과학, 재료공학 및 생물학 등 여러 분야의 연구에서 필수적인 정보이다.

○ AFM에서 시료는 외팔보 스프링에 장착된 탐침에 의해 주사된다. 주사하는 동안 탐침과 시료 간의 힘이 외팔보의 편향의 모니터링에 의해 측정된다. 시료의 표면상은 외팔보 대 시료의 위치 편향의 추적에 의해 얻어진다. 평행이동 단계의 높이 위치도 추적할 수 있다. 높이는 탐침과 시료간의 일정한 힘이 유지되도록 피드백 루프에 의해 조절된다.

○ 외팔보는 AFM에서 중요한 요소이며, 그것의 기계적 성질은 그 성능에 크게 영향을 준다. 상업적으로 판매되는 외팔보는 실리콘 또는 질화실리콘으로 만들어졌다. 두 가지 다 자연 산화층에 의해 피복되어 있으며 그 두께는 1~2㎚ 정도이다. 외팔보의 기계적 성질은 스프링상수와 주파수에 의해 특징지어진다. 두 가지 다 재료의 성질과 외팔보의 치수에 의해 계산된다. 좋은 외팔보는 높은 민감도를 가져야 하며 높은 민감도는 낮은 스프링상수에 의해 얻을 수 있다.

○ 오늘날 AFM에 의한 힘의 측정은 성숙단계에 있다. 그러나 힘의 매핑은 전체상, 많은 데이터, 신뢰할 수 있는 데이터분석을 얻는데 많은 시간이 걸려 제한되고 있다. 측정시간을 단축시키기 위해서는 높은 공명 주파수를 가진 외팔보가 요구된다. 이 기술은 앞으로 더욱 향상되어야 하며, 사용자가 더욱 이 기술에 친숙해져야 할 것이다. 데이터의 이동과 저장은 앞으로의 향상된 컴퓨터기술에 의해 해결될 것이다.

저자: Kazushi YAMANAKA
자료유형: 학술정보