Метод отображения фазы

Это динамический метод, позволяющий производить картирование изменений свойств поверхности образца, таких как эластичность, адгезия и трение. Данный режим можно использовать при сканировании образца бесконтактным или полуконтактным методом.

Реализация метода отображения фазы в полуконтактном режиме осуществляется следующим образом (рисунок 1): в начале происходит раскачка зонда с заданной амплитудой (обычно на частоте резонанса) и подвод зонда к поверхности образца, так чтобы кончик зонда в нижнем полупериоде колебаний касался этой поверхности. В таком случае он испытывает взаимодействие отталкивающих, адгезионных, капиллярных и других сил. Дальше происходит сканирование поверхности образца. Неоднородность свойств поверхности будет приводить к изменению фазы колебания кантилевера (в сторону более низких частот для сил притяжения и в сторону более высоких частот для сил отталкивания), которые будут регистрироваться системой и формировать отображение изменения фазы.

Рисунок 1 — Схематическое изображение реализации метода отображения фазы в полуконтактном режиме

Метод отображения фазы позволяет получать ценную информацию в широкой области применений. В некоторых случаях при этом выделяются неочевидные контрасты свойств материалов. Данный метод используется для исследований биологических объектов, образцов с магнитными и электрическими характеристиками, а также в других областях.

Рисунок 2 демонстрирует возможности фазовой визуализации: на нём представлены данные топографии и фазового контраста смеси поли(стирол-бутадиен-стирол) (SBS) и полистирола (PS). На левом изображении два компонента имеют незначительную разницу в высоте и различить их трудно. На изображении справа эти два компонента легко различимы.

Рисунок 2 — Топография и фазовый контраст смеси поли(стирол-бутадиен-стирол) (SBS) и полистирола (PS). Размер снимков 10 мкм × 10 мкм

Стоит отметить, что у данного метода есть и некоторые недостатки, усложняющие интерпретацию полученных данных. А именно, то что к изменению фазы приводят сразу несколько свойств поверхности материала: адгезия, жесткость, вязкоупругость. Таким образом, хотя фаза является очень полезным каналом визуализации, интерпретировать контраст по отношению к отдельным изображениям может быть сложно. Например: один образец очень мягкий (но не липкий), а второй липкий (но твердый). Несмотря на то, что это фундаментально разные свойства материала, они могут вызывать схожие или даже идентичные фазовые сдвиги, так что два компонента будут выглядеть одинаково на фазовом изображении.