Definitionen Was ist bzw. wie funktioniert ein Rasterkraftmikroskop?

Autor / Redakteur: zeroshope / Manfred Klein

Ein Rasterkraftmikroskop dient dazu, Oberflächen unterhalb des Spektrums sichtbar zu machen, die für Lichtmikroskope erfassbar sind. Es nutzt dazu verschiedene physikalische Kräfte.

Rasterkraftmikroskop: Messungen im Bereich der Oberflächenchemie
Rasterkraftmikroskop: Messungen im Bereich der Oberflächenchemie
(© aga7ta – Fotolia)

Ein Rasterkraftmikroskop (manchmal auch: Atomkraftmikroskop) ist ein Instrument im Bereich der Oberflächenchemie. Es dient dazu, atomare Kräfte auf der Nanometerskala zu messen und Oberflächen mechanisch in einem Bereich abzutasten, die für Lichtmikroskope nicht erfassbar sind. Das Prinzip basiert auf dem Raster-Tunnel-Mikroskop, das 1982 von Binning und Rohrer vorgestellt wurde.

Wie funktioniert das Rasterkraftmikroskop?

Das Mikroskop verfügt über eine Blattfeder, die Cantilever genannt wird. An dieser befindet sich eine kleine Nadel. Diese wird an die zu untersuchende Oberfläche herangeführt. Durch die hier herrschenden Kräfte, die von der Oberflächenstruktur beeinflusst werden, bewegt sich die Nadel in unterschiedliche Richtungen. Der Radius dieser Auslenkungen ist zudem verschieden. Diese werden punktartig aufgezeichnet.

Die Auslenkungen lassen dabei mehrere Schlüsse zu. Sie zeigen an, welche Kräfte (elektrostatisch, Kapillar, Van-der-Waals, Pauli-Prinzip) herrschen, wie stark sie sind und wie die Oberfläche aussehen muss. Im Prinzip kartographiert das Mikroskop über die Auslenkungen die Oberfläche.

Folgende Betriebsmodi hat ein Rasterkraftmikroskop gewöhnlich:

  • bildgebend
  • spektrographisch
  • Kontakt-Modus
  • Nicht-Kontakt-Modus
  • Wechsel zwischen Kontakt und nicht Nicht-Kontakt
  • gleichmäßige Höhe
  • konstanter Druck
  • wechselnder Druck

Einsatzgebiete von Rasterkraftmikroskopen

Gebraucht werden die Mikroskope vor allem in der Medizin, der Biologie, der Chemie und der Physik bzw. den Disziplinen, die diese Wissenschaften nutzen. Medizinisch relevant ist es, um Körperbereiche sichtbar zu machen, die ansonsten zu klein sind, um sie zu erfassen. Das Mikroskop hat beispielsweise großen Aufschluss darüber gegeben, wie die einzelnen Schichten von Augen aufgebaut sind.

Bezüglich der anderen Bereiche kommt es im Rahmen von experimenteller Forschung zum Einsatz. Beispielsweise nutzen Reifenhersteller das Mikroskop, um zu verstehen, wie eine nasse Fahrbahn aussieht und welche Kräfte hier wirken, die von ihren Produkten ausgeglichen werden müssen. Da die Werkzeuge auch die Magnetstärke messen können, werden die Mikroskope zudem ebenfalls für die Entwicklung von Festplatten genutzt. Diese Liste ließe sich noch erheblich erweitern, zeigt aber schon jetzt: Das Rasterkraftmikroskop ist längst unverzichtbar geworden.

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