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APPENDICE A – TEST DI USURA DELLA PUNTA DI SCANSIONE
La sonda dello Shear Force Microscopy scansiona la superficie da analizzare teoricamente senza contatto tra punta e pezzo. Durante la scansione può avvenire però che, a causa di irregolarità più forti, si abbiano dei microcontatti accidentali; inoltre la geometria della punta, estremamente sottile e rastremata, con raggio di raccordo nell’ordine dei nanometri, risulta essere molto debole e quindi facilmente danneggiabile.
Per valutare l’usura e il danneggiamento della punta, e di conseguenza la sua influenza sull’acquisizione della superficie, sono state eseguite una serie di scansioni consecutive, con la stessa punta, nella stessa area di un campione.
Se la variazione del raggio di raccordo della punta non pregiudica la rilevazione dell’inclinazione e della periodicità dei LIPSS, nel caso del calcolo della rugosità si può avere un effetto significativo, in quanto una punta danneggiata (quindi con raggio di raccordo più grande) non riuscirà ad entrare nelle valli più strette della rugosità, al contrario di una punta non danneggiata; si potrà quindi avere una sottostima della rugosità.
In primo luogo è stato eseguito sulla punta appena montata un test TGT1 per determinare il profilo iniziale della punta.
Quindi sono state fatte 34 scansioni; le aree di scansione sono quadrate, di lato 20 µm; la dimensione in punti dell’area di scansione è pari a 1024 colonne per 256 righe. La velocità è stata di 0,65 µm/s per tutte le scansioni. Il tempo di acquisizione di ciascuna area è stato pari a 4 ore e 26 minuti, per un totale di 150 ore e 44 minuti.
Alla fine della serie, è stato eseguito un nuovo test TGT1, per valutare la variazione della geometria della punta.
Le scansioni sono state analizzate col software WSxM seguendo la seguente procedura:
MERGE forward/backward: effettua una fusione tra le due topografie (andata e ritorno) REDIMENSION by image amplitude: riporta la scansione alle proporzioni reali in base
alla dimensione della scansione in µm, invece che rispetto al numero di righe e colonne acquisite
FLATTEN (substract type:parabola, direction: rows): consente di spianare la scansione andando ad eliminare la cilindricità del piano medio della mappa acquisita e l’eventuale inclinazione orizzontale presente dovuta al posizionamento del campione. Si è quindi ottenuta la topografia della superficie filtrata
ROUGHNESS ANALYSIS: strumento che calcola la rugosità media Sa (Roughness Average) e la rugosità quadratica media Sq (Root mean square average), definite come:
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= , ,
= , ( )
= ,
dove:
o = valore di altezza nel punto di coordinate ( , ) o = valore medio dell’altezza dei punti della superficie o = numero di punti che costituiscono la mappa
Dal confronto tra la prima e l’ultima scansione è possibile, sovrapponendo le due mappe, verificare che la zona analizzata è sempre la stessa, a parte un piccolo spostamento di circa 1µm e una piccola rotazione; che non andranno ad incidere sul valore di rugosità della superficie. In figura A.1 sono mostrate le due mappe sovrapposte.
121 In figura A.2 viene invece mostrato l’andamento, scansione dopo scansione, della rugosità superficiale Ra e Rq. Dal grafico si vede che la rugosità calcolata decresce nel tempo, ma comunque in modo limitato e non monotono (esistono fluttuazioni tra una scansione e la successiva); la variazione tra la prima e l’ultima scansione è pari a circa 8%, sia per Sa che per Sq. Questo avviene dopo un impiego della punta per oltre 150 ore di scansione.
Questo consente di stimare l’incertezza strumentale da attribuire alla misura di rugosità tramite SHFM in circa ±5%, un valore molto basso, che comprende anche le fluttuazioni dovute alle variazioni di posizionamento del campione nelle varie scansioni (legate ad effetti termici e meccanici), e sicuramente trascurabile nelle misure di rugosità di componenti microlavorati.
Infine, in figura A.3, viene riportato un profilo del test della punta TGT1, eseguito prima e dopo la serie di scansioni. Si nota un netto peggioramento della morfologia della punta dovuta all’usura (causata anche da diverse fasi di approccio/disapproccio dalla superficie necessarie nel corso della prova) che però evidentemente non comporta alcun effetto rilevante nelle misure di rugosità
Fig. A.2 – Andamento rugosità scansione dopo scansione
0 20 40 60 80 100 120 140 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 R u g o s it à [ n m ] Scansioni Sa Sq
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Fig. A.3 – Test della punta prima e dopo la serie di scansioni
0 100 200 300 400 500 0 200 400 600 800 1000 Al te zza [ n m ] Profilo [nm]
