Sobre las fuerzas capilares en microscopía de fuerzas adhesión y disipación

Abstract

En el manuscrito se aborda teóricamente la detección y estudio de la capilaridad y sus efectos en el contexto de la microscopÍa de fuerzas atómicas (AFM). Para ello se ha desarrollado un modelo de fuerzas capilares que simula la formación de un menisco de agua entre dos superficies. A partir de este modelo, se puede calcular la fuerza ejercida entre las dos superficies. En este modelo, una de las superficies simula la muestra a estudiar y la otra superficie simula la punta del microscópio. El modelo se ha generalizado lo suficiente como para tener en cuenta un amplísimo abanico de geometrías de punta. Esto ha permitido hacer un estudio detallado del comportamiento de las fuerzas capilares e interpretar satisfactoriamente una gran batería de resultados experimentales para los que hasta ahora no había explicación. En una segunda parte del manuscrito se explica cómo emplear el AFM en modos dinámicos para medir en presencia de fuerzas capilares y cómo extraer el valor del ángulo de contacto del agua con el sustrato a través de esta medida. La medida del ángulo de contacto permite conocer el valor de la hidrofobicidad del sustrato y esto abre una puerta al contraste químico en microscopía de fuerzas. Finalmente se realiza un estudio de la dinámica de la palanca del microscópio en modos dinámicos en presencia de fuerzas capilares. El hecho de que la fuerza capilar sea una fuerza de contacto disipativa, provoca que la amplitud de oscilación de la palanca se module. Hemos llamado a este régimen de trabajo "regimen de pulsación disipativa". En este régimen, y esto tal vez sea el resultado mas relevante de la tesis, el ritmo al que la palanca pierde energía no es función de la energía disipada en la interacción punta-sustrato. Este resultado es contraintuitivo y nos obliga a revisitar muchas de las conclusiones a las que se ha llegado observando datos experimentales.