静电力显微镜

|作者：彭金波1,2,† 江颖3,4,††(1 上海交通大学 李政道研究所 )(2 上海交通大学物理与天文学院 )(3 北京大学物理学院 量子材料科学中心 )(4 北京大学轻元素先进材料研究中心 )本文选自《物理》2023年第3期摘要：扫描探针显微镜主要包括扫描隧道显微镜和原子力显微镜，其利用尖锐的针尖逐点扫描样品，可在原子和分子尺度上获取表面的形貌和丰富的物性，改变了人们对物质的研究范式和基础认知。近年来，qPlus型高品质因子力传感器的出现将扫描探针显微镜的分辨率和灵敏度推向了一个新的水平，为化学结构、电荷态、电子态、自旋态等多自由度的精密探测和操控提供了前所未有的机会。文章首先简要介绍原子力显微镜的发展历史和基本工作原理，然后重点描述qPlus型原子力显微镜技术的优势及其在单原子、单分子和低维材料体系中的应用，最后展望该技术的未来发展趋势和潜在应用。关键词：扫描探针显微镜，原子力显微镜，qPlus力传感器，高分辨成像，原子分辨01原子力显微镜的诞生显微镜是人类认识微观世界的最重要工具之一。光学显微镜的诞生让人们第一次看到了细菌、细胞等用肉眼无法看到的微小物体，从而打开了崭新的世界。然而，由于光学衍射极限的限制，光学显微镜的空间分辨率一般局限于可见光波长的一半左右(约300 nm)，很难用于分辨纳米尺度下更细微的结构，更无法用于观察物质最基本的原子结构排布。要想进一步提高探测的空间分辨率，一种途径是减小探测波的波长，比如扫描电子显微镜就是利用波长更短的电子波来进行成像。另一种途径是采取近场的局域探测，比如近场光学显微镜及其他基于局域相互作用探测的扫描探针显微镜。可以想象，要想获得更高的空间分辨率，就需要对样品的探测更加局域，即“探针”尖端足够尖，最好只有探针和样品最接近的几个原子能够发生相互作用，“感受”到彼此。这种相互作用可以是电子波函数的交叠或者原子作用力等。1981年，Binnig和Rohrer发明了扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope，STM)，STM是基于探测针尖和样品之间的隧道电流来进行空间成像的工具。由于隧道电流正比于针尖尖端几个原子与衬底原子的电子波函数的交叠，对针尖与样品之间的距离非常敏感，因此可以获得原子级的空间分辨率。STM的发明，使得人们可以在实空间直接观察固体表面的原子结构，因此荣获1986年的诺贝尔物理学奖[1]。然而，STM依赖于隧道电流的探测，无法用于扫描绝缘样品，因此使用范围受到了极大的限制。有趣的是，在早期的STM实验中，研究人员发现当针尖和样品比较近而出现隧道电流时，会同时产生较强的相互作用力。Binnig意识到通过测量针尖与样品原子之间的相互作用力也可用来对样品表面成像。1986年，他提出了基于探测针尖和样品之间原子作用力的新型显微镜——原子力显微镜(atomic force microscope，AFM)[2]，并随后与Quate和Gerber搭建出了第一套可以工作的AFM[3]。三人于2016年获得了Kavli纳米科学奖。AFM是基于针尖与样品之间原子作用力的探测，不需要样品具有导电性，因而可以用于研究包括金属、半导体、绝缘体等多种材料体系，大大弥补了STM的研究局限。此外，AFM还可以在大气和液体环境中工作，具有很好的工况条件和生物体系兼容性。这些优势使得AFM成为纳米科学领域使用最广泛的成像工具之一。然而，AFM并不像STM那样在发明之初就获得了原子级分辨率，而是直到5年之后(1991年)，惰性固体表面的原子分辨成像才得以实现[4，5]。近年来，由于qPlus力传感器的引入，AFM的空间分辨能力得到了极大的提升。通过针尖修饰，人们可以更加容易地获得原子级成像，甚至实现氢原子和化学键的超高分辨成像。接下来，本文将简要介绍常见AFM的基本工作原理，然后着重介绍基于qPlus力传感器的AFM(简称qPlus-AFM)及其在各种体系中的应用，最后展望qPlus-AFM在物理和其他领域的潜在应用和面临的挑战。02常规AFM的原理和工作模式介绍2.1 AFM工作的基本原理目前使用最为广泛的是激光反射式AFM，其典型的结构示意图如图1(a)所示[6]。最核心的部分是力传感器，它一般是一个由微加工技术制备的可以振动的悬臂(常用的材料是硅或者氮化硅)，悬臂的末端有一个与悬臂梁一体的尖锐针尖，悬臂的背面镀有一层金属以达到镜面反射。当一束激光照射到悬臂上，光斑被反射到一个对光斑位置非常敏感的光电探测器上。当针尖扫描样品表面时，由于针尖与样品之间存在相互作用力，悬臂将随样品表面形貌的起伏而产生不同程度的弯曲形变，因而反射光斑的位置也会发生变化。通过光电二极管检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。图1 AFM工作的基本原理[6] (a)典型激光反射式AFM的结构示意图；(b)超高真空下针尖与样品的相互作用力Fts及各成分力与针尖—样品距离z的关系2.2 原子力的分类在超高真空环境中，针尖与样品之间的相互作用力(Fts)与针尖—样品距离z之间典型的关系曲线如图1(b)所示。Fts大致可以分为长程力和短程力，长程力通常包括范德瓦耳斯力和静电力等，其衰减长度一般为几纳米或者几十纳米。短程力主要包括来自针尖和样品之间形成化学键的作用力和由于针尖—样品电子云交叠产生的泡利排斥力，其衰减长度一般约为0.1 nm左右。长程力对距离不敏感，很难分辨较小的表面起伏，要想获得较高的空间分辨率，需要让短程力的贡献占主导。在特殊的环境下，针尖和样品之间的相互作用力还包括机械接触力、毛细力、磁场力、卡西米尔力、水合力等。2.3 AFM的主要工作模式AFM有多种工作模式，通常分为静态模式和动态模式，后者包括非接触模式和轻敲模式两种(图2(a))。在静态模式下，针尖以拖拽的形式在样品表面扫描并记录表面的形貌起伏变化，因此也叫接触模式。悬臂的形变量为q=Fts/k (k为悬臂的劲度系数)，为了提高力探测的灵敏度，一般使用较软(k较小)的悬臂。为了避免较大的吸引力引起针尖发生“突跳”现象，静态模式主要工作在短程的排斥力区间(图2(b))，因此空间分辨率较高。但这种模式下针尖和样品之间的相互作用力较大，容易对较软的样品产生破坏。图2 AFM的工作模式[6] (a)接触模式、非接触模式和轻敲模式的示意图；(b)不同模式的大致工作范围(区分并不严格)；(c)悬臂在频率调制和振幅调制模式下的共振曲线。人们也经常把振幅调制模式称为轻敲模式，把频率调制模式称为非接触模式在动态模式下，悬臂被压电陶瓷励振器驱动以共振频率振动，当振幅A足够大使得回复力k∙Amax(Fts)时可以避免“突跳”现象的发生。动态模式有轻敲模式和非接触模式两种。轻敲模式类似于盲人使用手杖行走，其振幅比较大，一般从几纳米到一百多纳米，主要的力的贡献来源于针尖距离样品很近甚至接触的时候。这种模式对样品的损坏小，适用于不同的材料，是目前AFM使用最为广泛的模式。但是这种模式由于包含较多的长程力贡献，因此一般较难获得原子级分辨。此外，由于轻敲模式下振幅较大，测量振幅变化的信噪比较高，这种模式一般使用幅度调制(amplitude modulated，AM)，即以固定频率和振幅的激励信号来驱使悬臂振动，针尖和样品的作用力会引起悬臂振幅(及相对于激励信号的相位)的变化，将测量的振幅(或相位)的变化作为反馈信号可以获取样品表面的形貌信息(图2(c))。非接触模式的振幅一般是几纳米或埃的量级，针尖在振动过程中不会接触样品，因此可以避免对样品的扰动或者破坏。非接触式AFM除了可以使用AM模式外，还能以频率调制(frequency modulated，FM)模式工作。这其实与收音机的AM和FM模式原理类似，只是工作的频段不同。在FM模式下，悬臂保持相位和振幅不变，针尖和样品的作用力引起悬臂振动频率的变化，测量振动频率的变化可以得到样品表面形貌的信息(图2(c))。AM和FM模式下悬臂的共振频率变化的响应时间[7，8]分别约为τAM=Q/(πf0)，τFM=1/(2πf0)，其中Q是悬臂的品质因子，f0为悬臂的本征振动频率。由此可见，AM模式的响应时间会随Q因子的增加而线性变大，而FM模式的响应时间不受Q因子的影响。在超高真空低温环境中，悬臂的Q因子会比大气环境下增加几十倍，这使得AFM对力的敏感度及信噪比会有很大提升，但也会使得AM模式下AFM的响应时间大幅延长，导致扫描成像需要很长的时间。因此，AM模式(轻敲模式)主要被用于大气或者液体环境中。Q因子的增加对FM模式下AFM的响应时间没有影响，所以FM模式是超高真空环境下被广泛使用的工作模式，即保持高Q因子的同时还能保证较高的扫描速度。2.4 影响频率调制AFM噪音大小的因素在FM模式下，AFM直接探测的信号是针尖—样品相互作用力引起的悬臂频率偏移∆f，利用公式[9]可进一步转化为相互作用力Fts。频率偏移对应的相对噪音，因此可以用δkts的形式来表示FM模式下AFM测量中4种主要的噪音来源，分别为[10]热噪音：力传感器信号探测的噪音：AFM悬臂振荡的噪音：漂移噪音：其中kB为玻尔兹曼常数，T是温度，B是与扫描速度对应的带宽，nq是悬臂偏转信号探测的噪音密度，r 是频率的漂移速率，N是扫描图像的像素数。由上述式子可知，k越小，4种噪音都更小，因此在满足k∙Amax(Fts)的前提下，选择的k越小越好；Q越大，会使得第一和第三种噪音更小，但过大的Q会使得悬臂在FM模式下的稳定起振难以维持；振幅A越大，前三种噪音都更小，但A太大会引起短程力贡献大幅减小的问题(见下节)。03基于qPlus力传感器的非接触式AFM3.1 振幅对非接触式AFM分辨率的影响在FM模式下，AFM探测的频率偏移∆f，可以转化为权重函数w(z,A)和针尖—样品相互作用力的梯度的卷积[11]。如图3所示，w(z,A)是与振幅A和距离z相关的半椭圆，kts是力Fts与z曲线的梯度，也呈现为勺子形，只是最低点对应的距离z有所不同。可见，当振幅较大时，长程力对频率偏移的贡献占主导；随着振幅减小，短程力的贡献变大。当振幅与短程力的衰减长度(亚埃级)接近时，更容易得到原子级分辨率[10]。图3 长程力和短程力的贡献与AFM悬臂振幅A的关系[11]3.2 qPlus力传感器的发明传统AFM力传感器一般采用微加工制备的硅或者氮化硅悬臂，其劲度系数较小(约1 N/m)，力的探测灵敏度高。为了能探测短程力从而实现高空间分辨，往往需要让针尖靠近表面，从而导致“突跳”的发生。为了避免“突跳”引起的针尖损坏，需要悬臂在较大的振幅下工作。然而，大的振幅会使长程力的贡献增加，引起AFM的空间分辨率大大降低。图4 石英音叉和qPlus力传感器实物图 (a)，(b)手表中拆出来的石英音叉[12]；(c)第一代qPlus力传感器的实物图(图片来自德国雷根斯堡大学Giessibl课题组)[13]；(d)第四代qPlus力传感器的实物图(图片来自北京大学江颖课题组)[6]要想克服上述矛盾，实现在小振幅下工作的同时而不引起“突跳”的发生，则需要使用劲度系数k较大的悬臂。石英音叉是被广泛用于手表中的计时元件(图4(a)，(b))[12]，劲度系数高，可产生极高精度的振荡频率(一般为32—200 kHz)，且具有很高的Q因子。此外，其悬臂的形变可以利用石英的压电效应以电学的方式来直接探测，不需要激光系统，更容易兼容低温环境。早期，人们一般是在石英音叉的一个悬臂上粘上针尖来作为力传感器使用。然而，两个悬臂(相当于两个耦合的谐振子)由于质量和受力的不对称性导致Q因子大幅度降低，严重降低了AFM的信噪比。1996年，Giessibl将音叉的一个悬臂固定在质量很大的基底上，而在另一个自由的悬臂上粘上针尖以作为AFM力传感器，这样把两个耦合的谐振子变成单个独立的谐振子，可以保持较高的Q因子，且Q因子几乎不受针尖—样品相互作用力的影响。因此，这种力传感器被称为qPlus力传感器[13](图4(c))。目前，qPlus力传感器已经经过了四代的升级和改进，最新的版本是直接设计单个石英悬臂作为力传感器(图4(d))。表1 微加工硅悬臂力传感器与qPlus力传感器典型参数的对比[6]典型的qPlus力传感器与广泛使用的微加工硅悬臂力传感器的主要参数对比见表1。可以看到，qPlus力传感器悬臂的劲度系数高得多(一般约1800 N/m)，因此其力灵敏度一般情况下低于硅悬臂。然而，qPlus力传感器可以在非接触模式下，以极小的振幅(约100 pm)近距离扫描样品，而不会出现“突跳”现象。由于qPlus-AFM的振幅可以与短程力的衰减长度接近，因此短程力的贡献非常大，更加容易获得超高的空间分辨率。最近，田野等通过优化设计qPlus力传感器，将Q因子提升到140000以上，最小振幅小于10 pm，最小探测力小于2 pN，从而将qPlus力传感器的性能推向了一个新的水平[14]。此外，使用导电针尖，并通过单独的导线把经过针尖的电流提取出来，可以很容易地将qPlus-AFM与STM集成在一起，以同时发挥STM和AFM的功能。关于qPlus-AFM更为系统的介绍见综述[10，11]。3.3 获得超高空间分辨率的关键如前所述，针尖与样品间的相互作用越局域，空间分辨率越高。换言之，要想获得超高的空间分辨率，需要减小长程力的贡献，凸显短程力的贡献。要实现这一点，有两点非常关键：一是使用与短程力衰减长度接近的亚埃级的小振幅工作(详见3.1节)；二是让针尖更加尖锐，减少长程的范德瓦耳斯力的贡献。对于AFM成像来说，针尖末端几纳米的部分尤其是针尖末端的几个原子扮演着最重要的角色。为了让针尖末端更尖锐，常用办法是让金属针尖轻戳金属衬底或对针尖进行原子或者分子修饰，使得短程的泡利排斥力、化学键力或者高阶静电力占主导。3.3.1 短程的泡利排斥力当针尖与样品的距离足够近时，二者的电子云会发生交叠，产生很强的短程泡利排斥力。大部分时候，泡利排斥力是对固体及分子体系成像获得原子级分辨率的关键。2009年，Gross等[15]发现对针尖修饰一氧化碳(CO)分子后，可以实现对单个并五苯分子的化学键和结构(图5(a))的超高分辨成像(图5(c))，其分辨率已经超过了STM图像(图5(b))。这种超高空间分辨率的成像主要起源于CO针尖“尖锐”的p轨道与并五苯分子之间电子云交叠所导致的短程泡利排斥力。这种针尖修饰方法简单易行，成像分辨率高，使得qPlus-AFM成像技术迅速获得了广泛的应用。除了CO分子修饰外，人们还可以对针尖修饰其他种类的原子或者分子，以提高空间分辨率或者实现其他特定功能，例如Cl离子[16]和Xe分子[17]修饰的针尖以及CuO针尖[18]等。图5 基于泡利排斥力的单分子化学键成像[15] (a)并五苯分子的结构图；用 CO 分子修饰的针尖得到的 STM 图(b)和AFM图(c)3.3.2 短程的化学键力当针尖和衬底的化学活性都较强时，在近距离扫描过程中，二者可以形成局域的化学键，基于这种短程的化学键力，也可以获得超高的空间分辨率。典型的例子是半导体表面的AFM高分辨成像。例如，Giessibl等[19]发现在用AFM扫描Si(111)-(7×7)样品时，针尖会从样品上吸起一些Si团簇而被修饰，因此在扫描时容易与样品表面带悬挂键的Si原子形成共价键，而得到原子级分辨率。然而，这种成像方式对表面结构扰动较大，不适用于弱键和分子体系。3.3.3 短程的静电力通常所说的静电力主要来源于低阶静电力，比如点电荷与点电荷或者电偶极之间的静电力，其大小分别正比于r -2和r -3(r是二者作用的距离)，是较长程的相互作用力，因此空间分辨率较低。而在某些特殊的情况下，高阶静电力的贡献会起主要作用，而且是更加短程的，因此会导致分辨率的显著提升。一个典型的例子是对离子晶体(如NaCl，MgO，Cu2N等)的原子分辨成像。离子晶体表面周期性的正负电荷排布产生指数衰减的短程静电势分布[20]，针尖与离子晶体表面的短程静电力作用可以得到原子级分辨的成像[21]。图6 基于高阶静电力的水分子高分辨成像 (a)CO针尖示意图(上)及DFT计算得到的CO针尖的电荷分布(下)，呈现出明显的电四极矩特征[16]；(b)水四聚体的原子结构图(上)和AFM图(下)[16]。白色箭头和弧线分别指示水分子中氧原子和氢原子的位置；(c)Au(111)上双层二维冰的原子构型(上)和AFM图像(下)，其中可以分辨平躺(蓝色箭头)和直立(黑色箭头)的水分子[23]；(d)Au(111)表面由Zundel类型水合氢离子(黑色箭头)自组装形成的单层结构图(上)和AFM图像(下)[14]另一个例子是利用CO针尖对强极性分子的高分辨成像。彭金波等[16]利用CO修饰的针尖(图6(a)上图)扫描水分子四聚体时，发现即使在针尖距离较远时也能获得亚分子级的分辨率(图6(b))，且图像的形貌与水分子四聚体的静电势分布极其接近，从中可识别水分子OH键的取向。通过理论计算得知，CO修饰的针尖具有电四极矩(图6(a)下图)，与水分子电偶极之间存在高阶静电力相互作用，这是一种更为短程的静电力(正比于r -6)，因此能够在未进入泡利排斥区域时获得超高空间分辨。这种基于微弱的高阶静电力的成像技术可以区分水分子中氢、氧原子的位置和氢键的取向并且扰动极小。近年来，这个技术已被成功应用于亚稳态水分子团簇[16]、盐离子水合物[22]、二维冰[23](图6(c))及单层水中的水合氢离子[14]的非侵扰高分辨成像(图6(d))，将水科学的研究推向了原子尺度。04超高分辨qPlus-AFM的应用相对于传统的AFM，qPlus-AFM可以很方便地与STM集成在一起，并兼容超高真空和低温环境，而且可获得原子级甚至单个化学键级的超高空间分辨率。这些优势使得qPlus-AFM获得了广泛的应用，大大促进了表面科学和低维材料研究领域的快速发展。下面我们简要介绍qPlus-AFM在高分辨结构成像、电荷态和电子的测量、原子力的测量和操纵等方面的应用和最新进展。4.1 高分辨结构成像qPlus-AFM在高分辨结构成像方面得到了最为广泛的应用。Gross等[15]通过对AFM针尖进行CO修饰，首次实现对有机分子的化学结构的直接测量(图5)，触发了一系列后续研究，包括：分子之间的氢键相互作用[24]、分子化学键键序[25]、铁原子团簇[26]、化学反应产物识别[27]等。近年来，人们通过控制有机分子前驱体的表面化学反应可以精确制备低维纳米材料，如石墨烯、石墨烯纳米带等。STM虽然被广泛用于表征其电子态，但是难以直接确定其原子结构、局域缺陷和边界构型等。qPlus-AFM对原子结构的敏感及超高的空间分辨率，可以很好地解决这些问题。例如，Gröning等[28]利用扫描隧道谱成像观测到了石墨烯纳米带末端的拓扑末端态(图7(a)右)，并通过AFM成像确定了拓扑非平庸的石墨烯纳米带的原子构型(图7(a)左)。图7 qPlus-AFM在低维材料高分辨成像中的典型应用 (a)表面合成的石墨烯纳米带的AFM图(左)和0.25 V偏压下的dI /dV 图(右)[28]，四角较亮部分指示拓扑边缘态；(b)利用磁性针尖得到的绝缘反铁磁NiO表面的AFM图像(左)及沿[100]方向相邻两个Ni原子不同自旋取向对应的高度轮廓线(右)[34]此外，qPlus-AFM开始被用于绝缘体表面原子结构的高分辨成像，如KBr[29]，CaF2[30erif font-size:14px "[51] Schirhagl R，Chang K，Loretz M et al. Annu. Rev. Phys. Chem.，2014，65：83

01MFM（Magnetic Force Microscopy，磁力显微镜）磁力显微镜（Magnetic Force Microscopy，MFM）是一种专门用于成像样品表面的磁性分布的扫描探针显微镜，通过探针和样品之间的磁力相互作用来获得信息。MFM应用MFM主要用于研究材料的磁性特征，广泛应用于物理学、材料科学、电子学等领域。常见的应用包括：磁记录介质：研究硬盘、磁带等磁记录设备的磁性结构和缺陷；磁性材料：分析磁性薄膜、纳米颗粒、磁性多层膜等材料的磁畴结构；生物磁性：研究生物组织中天然存在的磁性物质，如磁性细菌。应用实例在自旋存储研究中，以斯格明子的研究为例，传统的磁存储单元受限于材料性质，显著影响自旋存储的高密度需求。斯格明子是一种具有拓扑性质的准粒子，其最小尺寸仅为3nm，远小于磁性隧道结，是理想的信息载体，有望突破信息存储密度的瓶颈。下图为通过MFM表征获取的斯格明子图像。[1]标准斯格明子M-H曲线 斯格明子图像在磁盘研究中，通过MFM可以获取磁盘表面的高分辨率磁性图像，详细了解其磁畴结构和分布情况。MFM具有高空间分辨率和灵敏度，为磁盘材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过MFM测试获取的磁盘表面磁畴结构图像。电脑软盘磁畴图像02PFM（Piezoresponse Force Microscopy，压电力显微镜）压电力显微镜（Piezoresponse Force Microscopy，PFM）是一种用于研究材料压电性质的扫描探针显微镜，利用探针与样品表面之间的逆压电效应来成像和测量材料的压电响应。材料由于逆压电效应产生形变示意图 [2]PFM应用PFM广泛应用于材料科学和电子学领域，尤其是在研究和开发新型压电材料和器件方面。具体应用包括：铁电材料：研究铁电材料的畴结构、开关行为和退极化现象。压电器件：分析压电传感器、致动器和存储器件的性能。生物材料：研究生物组织中的压电效应，例如骨骼和牙齿。应用实例具有显著的压电效应，即在外加机械应力作用下产生电荷。这使其在超声波发生器、压电传感器和致动器中具有重要应用。在研究PbTiO3样品时，通过PFM，可以获取PbTiO3表面的高分辨率压电响应图像，详细了解其畴结构和分布情况，为PbTiO3材料的研究和优化提供了重要的数据支持。下图展示了通过PFM测试获取的PbTiO3样品表面压电力图像。PbTiO3垂直幅度图PbTiO3垂直相位图03EFM（Electrical Force Microscopy，静电力显微镜）静电力显微镜是一种用于测量成像样品表面的电静力特性的扫描探针显微镜。EFM通过探针与样品表面之间的静电力相互作用，获取表面电荷分布和电势信息。静电力显微镜（抬起模式）[3]EFM应用EFM广泛应用于材料科学、电子学和纳米技术等领域，常见的应用包括：电荷分布：测量和成像材料表面的电荷分布。表面电势：研究材料表面的电势分布和电特性。半导体器件：分析半导体器件中的电特性和缺陷。纳米电子学：研究纳米级电子器件的电性能。应用实例Au-Ti条带状电极片静电力04KPFM（Kelvin Probe Force Microscopy，开尔文探针力显微镜）KPFM是一种通过探针与样品之间的接触电势差来获取样品功函数和表电势分布的扫描探针显微镜。KPFM广泛应用于金属、半导体、生物等材料表面电势变化和纳米结构电子性能的研究。KPFM 获取 Bi-Fe薄膜样品表面电势 [4]KPFM应用KPFM在材料科学、电子学和纳米技术等领域具有广泛的应用，常见的应用包括：表面电势分布：测量和成像材料表面的局部电势分布。功函数测量：研究材料的功函数变化，特别是对于不同材料的界面和缺陷。半导体器件：分析半导体器件中的电势分布和电学特性。有机电子学：研究有机半导体和有机电子器件的表面电势。应用实例Au-Ti条带状电极片表面电势05SCM（Scanning Capacitance Microscopy，扫描电容显微镜）扫描电容显微镜（Canning Capacitance Microscopy，SCM）是一种用于测量和成像样品表面的电容变化的扫描探针显微镜。SCM能够通过探针与样品表面之间的电容变化，提供高分辨率的局部电学特性图像。这种显微镜适用于研究半导体材料和器件的电学特性，如掺杂浓度分布、电荷分布和界面特性等。SCM在半导体工艺和材料研究、故障分析以及器件优化中发挥着重要作用。通过SCM，研究人员能够获得纳米尺度的电学特性信息，从而推动半导体技术的发展和创新。SCM原理示意图 [5]SCM应用SCM主要应用于半导体材料和器件的研究，广泛应用于电子学和材料科学领域。具体应用包括：掺杂分布：测量和成像半导体材料中的掺杂浓度分布。电荷分布：研究半导体器件中的电荷分布和电场。材料特性：分析不同材料的电容特性和介电常数。06致真精密仪器自主研发的原子力显微镜科研级原子力显微镜AtomEdge产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例参考文献：[1]Li S, Du A, Wang Y, et al. Experimental demonstration of skyrmionic magnetic tunnel junction at room temperature[J]. Science Bulletin, 2022, 67(7): 691-699.[2]Kalinin SV, Gruverman A, eds. Scanning Probe Microscopy: Electrical and Electromechanical Phenomena at the Nanoscale. Springer 2007.[3] https://www.afmworkshop.com/products/modes/electric-force-microscopy[4] https://www.ornl.gov/content/electrostatic-and-kelvin-probe-force-microscopy[5] Abdollahi A, Domingo N, Arias I, et al. Converse flexoelectricity yields large piezoresponse force microscopy signals in non-piezoelectric materials[J]. Nature communications, 2019, 10(1): 1266.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

产品简介原子力显微镜利用微悬臂下方的探针和样品表面距离缩小到纳米级，探针和样品表面的分子间作用力使得悬臂受力形变。探针针尖和样品之间的作用力与距离有强烈的依赖关系，即可以通过检测悬臂受力的弯曲程度，从而获得样品表面形貌信息。不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM能提供真实的三维表面图。同时,AFM不需要对样品的任何特殊处理,如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下,原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，电池材料，甚至活的生物组织。利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征,纵向噪音水平低至0.03nm(开环)，可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。AFM最大的特点是可以测量表面原子之间的力,AFM可测量的最小力的量级为10-14-10-16N。AFM还可以测量表面的弹性,塑性、硬度、黏着力等性质,AFM还可以在真空,大气或溶液下工作,在材料研究中获得了广泛的研究。产品由本公司自主研发,稳定性强，可拓展性良好，提供定制服务 可拓展横向力显微镜 静电力显微镜 磁力显微镜 扫描开尔文探针显微镜 刻蚀和纳米操作等。该产品作为高速、高精度物质形貌表征工具,可以为高端科研与企业生产研发提供更多的选择与助力。设备性能XY方向噪音水平:0.2nm闭环 0.02nm开环。Z方向噪音水平:0.04nm闭环 0.03nm开环。XY方向非线性度:0.15% Z方向非线性度:1%图像分辨率:128x128,256x256,512x512,1024x1024，2048x2048扫描范围:最大可达100μmx100umx10 μm样品尺寸:最大可达直径15 mm,厚度5 mm全自动步进电机控制进样系统:行程30mm，定位精度50nm/步 设备特色工作模式:包括接触、轻敲、相移成像(Phase-lmaging)等多种工作模式适配环境:空气、液相多功能配置:横向力显微镜 静电力显微镜 磁力显微镜 扫描开尔文探针显微镜 刻蚀和纳米操作

扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope，SPM）的发展历史是一段引人注目的科学进步历程，奠定了纳米科学和纳米技术的基础。自20世纪80年代以来，SPM的出现和保存，不仅使科学家能够以原子和分子的精度观察和操控材料，还推动了许多相关领域的研究。以下是SPM发展关键里程碑：1980年代初 - 扫描隧道显微镜（STM）的发明1981年：德国物理学家格尔德宾宁（Gerd Binnig）和海因里希罗雷尔（Heinrich Rohrer）在 IBM 苏黎世研究实验室发明了扫描隧道显微镜（STM）。STM 的发明标志着扫描探针显微镜技术的开端。[1]宾宁罗雷尔世界上第一台扫描隧道显微镜[2]1986年：宾宁和罗雷尔因发明 STM 获得诺贝尔物理学奖。他们的工作证明了 STM 可以以原子级分辨率成像，从而开启了对物质结构的新认识。1989年：IBM科学家展示了一项能够操纵单个原子的技术。他们使用扫描隧道显微镜，将35个单个氙原子排列在镍冷晶体基板上，拼出了公司首字母缩写的三个字母。这是原子首次被精确地定位在平面上。[3]用 35 个氙原子拼写出“IBM”1980年代中期 - 原子力显微镜（AFM）的发展1986年：格尔德宾宁、卡尔文夸特纳（Calvin Quate）和克里斯托弗格贝尔（Christoph Gerber）发明了原子力显微镜（AFM）。AFM 可以在非导电材料上工作，扩展了 SPM 技术的应用范围。[4] AFM 利用探针与样品表面之间的范德华力进行成像，可以在真空、空气和液体环境中操作，因此在材料科学和生物学研究中具有广泛的应用。第一台原子力显微镜原子力显微镜原理图1990年代 - 扫描探针显微镜的扩展与多样化1. 磁力显微镜（MFM）：磁力显微镜（MFM）在20世纪80年代末至90年代初被发明，通过使用带有磁性涂层的探针，测量探针与样品表面磁力相互作用，实现了纳米尺度高分辨率磁畴成像。这一创新使研究人员能够深入了解材料的磁性特性。低温强磁场磁力显微镜在微结构缺陷中的研究2. 静电力显微镜（EFM）：静电力显微镜（EFM）由斯蒂芬库尔普斯（Stephen Kalb）和霍斯特福尔默（Horst F. Hamann）在20世纪80年代末至90年代初发明，通过带电探针测量静电力变化，实现纳米尺度高分辨率电学成像。EFM被广泛应用于研究半导体材料、电荷存储器件和纳米电子学等领域。3. 近场扫描光学显微镜（NSOM 或 SNOM）：近场光学显微镜（NSOM）由埃里克贝茨格（Eric Betzig）和约翰特劳特曼（John Trautman）在20世纪80年代末至90年代初发明。NSOM使用带有亚波长孔径的光纤探针，通过限制光在极小区域内并扫描样品表面，获取高分辨率的光学图像，广泛应用于材料科学、生物学、化学和半导体研究等领域。NSOM的一般原理2000年代至今 - SPM 技术的进一步发展和应用1. 高分辨率和高灵敏度：随着探针技术、控制系统和数据处理技术的发展，SPM 的分辨率和灵敏度不断提高。2. 多功能化探针：开发出具有特定化学、机械、磁性或力学性质的探针，使得 SPM 可以进行更为多样化的表征和操作。3. 多模式成像：结合多种成像模式，可以同时获得样品的多种性质信息。结合多种模式的扫描探针显微镜4.晶圆级成像：随着集成电路规模的急剧增加，需要对大型样品成像。加工在晶圆上的芯片5. 在生物学中的应用：SPM 在生物分子和细胞研究中的应用越来越广泛，可以直接观测生物大分子的结构和动力学过程。未来展望扫描探针显微镜的技术仍在不断发展，新的技术和应用不断涌现。由致真精密仪器研发的多功能原子力显微镜和晶圆级原子力显微镜支持大尺寸样品的表征，并集成集成磁力、压电力、扫描开尔文以及液相等多物性分析功能，具有极低的噪声水平，并具备基于深度学习的智能化数据处理分析。致真精密仪器未来将继续致力于更高分辨率、更快的成像速度和更强的多功能化的SPM设备研究，以满足科学研究和工业应用的需求。致真公司自主研发的多功能原子力显微镜AtomEdge集成AI的智能分析算法 高度及粗糙度、宽度、粒子智能分析参考文献：[1] Binnig, G., & Rohrer, H. (1982). Scanning tunneling microscopy. Surface Science, 126(1-3), 236-244.[2] https://commons.wikimedia.org/wiki/File:First_STM.jpg[3] https://en.wikipedia.org/wiki/IBM_%28atoms%29[4] Binnig, G., Quate, C. F., & Gerber, C. (1986). Atomic force microscope. Physical Review Letters, 56(9), 930-933.本文由致真精密仪器原创，转载请标明出处. 致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代。 致真精密仪器通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“产品包含原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。另外，我们可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。 使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZL STM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统 　 　 　 什么是扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope--SPM)? SPM是一个大的种类，目前，SPM家族中已经产生了二三十种显微镜，如扫描隧道显微镜STM）、原子 （力显微镜（AFM）、磁力显微镜（MFM）、静电力显微镜（EFM）、近场光学显微镜（SNOM）等等。 SPM的工作原理是基于微观或介观范围的各种物理特性，通过原子线度的极细探针在被研 究物质的表 面上方扫描时检测探针&mdash 样品两者之间的相互作用,以得到被研究物质的表面特性，不同类型的SPM之间 的主要区别在于它们的针尖特性及其相应的针尖----样品相互作用方式的不同。 　 扫描隧道显微镜模块： 　 STM（Scanning Tunneling Microscope的简称）的工作原理来源于量子力学中的隧道效应原理。 当金属探针在与导电样品非常接近时（小于1nm），控制探针在样品表面进行逐行扫描，检测探针与样 品间隧道电流的变化来获取样品表面形貌、I-Z、I-V曲线等其它特性。 由于要在探针和样品间产生并传输隧道电流，所以只能检测导电 样品。 　 什么是原子力显微镜（Atomic Force Microscope -- AFM）? AFM是SPM最重要的发展。它控制一个微悬臂探针在样品表面进行逐行扫描，当探针在与样品非 常接近时（小于1nm），由于两者间原子的相互作用力，使对微弱力极敏感的微悬臂发生偏转，再 通过光杠杆作用将微小偏转放大，用四象限光电探测器检测，以获取样品表面形貌和其它物理、化 学特性。AFM按照其成像模式和检测信号的不同，有多种不同的工作模式，适用于不同性质的材料. 样品。 由于AFM对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛，弥补了STM只能观察导电样品的不足。 　 原子力显微镜基础模块： 　 该模块包含原子力显微镜接触模式和横向力模式。 模式 接触模式：微悬臂探针紧压样品表面，扫描过程中与样品保持接触。该 时探 模式分辨率较高，但成像针对样品作用力较大，容易对样品表面形 测表 成划痕，或将样品碎片吸附在针尖上，适合 检测强度较高、结构 稳定的样品。 横向力模式：是接触模式的扩展技术，针尖压在样品表面扫描时，与起 伏力方向垂直的横向力使微悬臂探针左右扭曲，通过检测这种扭 曲，获得样品纳米尺度局域上探针的横向作用力分布图。 原子力显微镜专业模块： 　 该模块包含原子力显微镜轻敲模式和相移模式。 轻敲模式：在扫描过程中微悬臂被压电驱动器激发到共振振荡状态，样 品表面的起伏使微悬臂探 针的振幅产生相应变化，从而得到样品 的表面形貌。 由于该模式下，针尖随着悬臂的振荡，极其短暂地对样品进行&ldquo 敲 击&rdquo ，因此横向力引起的对样品的破坏几乎完全消失，适合检测粉体颗 粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率接触模式低。 相移模式：是轻敲模式的扩展技术，通过检测微悬臂实际 振动与其驱动信 号源的相位差的变化来成像。引起相移的因素很多，如样品的组分、 硬度、粘弹性、环境阻尼等。因此利用相移模式，可以在纳米尺度上 获得样品表面局域性质的丰富信息。 液相模式：（选配）配有液体池，工作时探针和样品都在液体环境中， 适用于生物样品 摩擦力显微镜模块： 　 原子力显微镜基础模块中的横向力模式可以获得样品与探针的横向作用力分布图。由于影响 横向力的因素很多，主要包括样品移动方向与针尖悬臂角度、样品晶格排列角度、摩擦力、台阶扭动、 粘弹性等，因此，如果能够基本确定其它因素，利用横向力模式可以对样品纳米级摩擦系数进行间接测 量，进行表面裂缝及粘弹性分析等。 摩擦力显微镜是用于定量评价极轻载荷下（10^-7&mdash 10^-9N）薄膜材料的摩擦学特性，通过对针 悬臂 尖及悬臂的力学特性准确标定，能够获取微观摩擦系数，为纳米摩擦学研究提供依据。利用我们独创的 对分模式扫描，可以准确标定针尖悬臂与扫描方向的90度角，以消除针尖放置角度的不准确和扫描器 误安装位置的差；通过设定正压力的变化范围，可以连续改变正压力， 几分钟内就可完成几小时才能 完成的测量过程，而且系统状态变化很小， 使得测量更准确；由于有4通道同步采集，在所有的力测量过程中，我们 可以同时采集到样品的起伏、针尖所受到的起伏力、横向力，可以准确 分析针尖的状态，为精确分析摩擦力提供了更为详实的数据。 　 磁力/静电力显微镜模块： 　 抬起模式：该工作模式分两个阶段,第一阶段与普通原子力显微镜形貌成像一样，在探针与样品间 距1nm以内成像，然后，将探针抬起并一直保持相同距离，进行第二次扫描，该扫描过程可以对一些 相对微弱但作用程较长的作用力进行检测，如磁力或静电力。 磁力显微镜（Magnetic Force Microscope -- MFM）：控制磁性 探针在磁性样品表面进行逐行扫描,利用抬起模式进行二次成像，获得样 品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 静电力显微镜（Electrostatic Force Microscope -- EFM）： 控制导电探针在样品表面进行逐行扫描，利用抬起模式二次成像，获得 样品纳米尺度局域上静电场分布图。 　 扫描探针声学显微镜模块： 扫描探针声学显微镜（SPAM，Scanning Probe Acoustic Microscope）是将原子力显微镜与电声成 像技术相结合，采用声学成像模式，借用声波记录下物质的内部模样，建立了低频（30kHz）高分 辨率（~10nm）扫描探针声学显微成像技术。其特点是能够获得反映材料亚表面纳米尺度结构的声 学像和性能的原位检测，克服了现有SPM只能获得材料表面结构和性质的不足。迄今为止，反映材 料亚表面纳米尺度结构及有关物性的声学功能模式的SPM在国内外报道甚少。 　 样品定位辅助模块： 　 该模块包含高分辨CCD光学显微系统和高精度电控样品移动平台。 高分辨CCD光学显微系统：在计算机上成像，用于观察探针和样 品，放大80&mdash 600倍。 高精度电控样品移动平台：计算机自动控制，配合 光学显微系统 进行精确样品移动和定位的装置。移动范围5mm*5mm，单步移动步长最小 85nm。 　 纳米加工模块： 　 SPM的纳米加工技术是纳米科技的核心技术之一，常用的加工方法包括机械刻蚀、电致/场致刻 润笔 蚀、浸润笔(Dip-Pen Nano-lithography,DNP)等。其基本原理是利用SPM针尖在样品表面准确移动， 与样 同时控制针尖-样品间的相互作用，就可完成所需的加工过程。 常用的移动方法包括矢量和点阵。矢量法通过矢量产生插件建立矢量数据文件，然后进行刻蚀。使用这种方法，线条连续，刻蚀速度快，但矢量编辑较为麻烦。点阵法通过插件自动分析需要刻蚀的图 象，在样品上边扫描边刻蚀。这种方法不用编辑矢量，与原图像几乎不失真，但刻蚀速度慢，线条不连 续。可以根据需要选择不同的方法。 　 SPM通用平台开放式开发系统模块： 　 SPM通用平台开放式开发系统是一套完整的SPM模块化开发平台，简称&ldquo 开发系统&rdquo 。包括软件 板和 开发模硬件开发套件。如果您需要在已有的SPM功能上开发特殊要求的功能模块，就需要购买开发系 统。目前，离线软件开发模板我们都免费赠送，鼓励用户亲自开发，或者提出详细要求和算法，委托我 们为SPM定制1-2个特殊功能的处理插件，这都是免费的服务。 软硬件结合的特殊功能的SPM开发就要使用&ldquo 开发系统&rdquo 了。这套系统具体包括软件开发模板、硬件 扩展接口测试箱(硬件扩展实验板组)、硬件接口插件模板、开发手册。该系统的设计充分考虑了用户级 二次开发的方便性、可行性和可靠性。当然，您也可以购&ldquo 开发系统&rdquo ，然后提出IDEA，由我们来帮您 合作完成。 在您了解了各个功能模块后，您可以选型了，我们为了您搭建了四种机型，它们的外形都基本 一样，那是因为这样便于您今后无障碍模块化升级。 模块/型号 ZLSTM-II 型 扫描隧道显微镜 ZLAFM-II型 原子力显微镜 ZLAFM-III型 扫描探针显微镜 ZL3000型扫 描探针显微镜 扫描隧道 显微镜模块 　 　 　 　 原子力显微镜 基础模块 　 　 　 　 原子力 显微镜 专业模块 　 　 　 　 摩擦力 显微镜模块 　 　 可选配　 　 磁力/静电力 显微镜模块 　 　 　 　 样品定位 铺助模块 　 可选配 　 　 纳米 加工 模块 　 可选配 可选配 可选配 SPM通用平台 开发系统 　 　 可选配 可选配 扫描探针 声学模块 　 　 可选配 可选配 各功能模块介绍摘要： 1．扫描隧道显微镜只能检测 导电样品，因其有样品的局限性，所以通常作为教学仪器。 2．原子力显微镜对样品没有导电性的要求，应用范围十分广泛。AFM基础模块包括接触模式和横 向模式；AFM专业模块包括轻巧和相移模式。 3．接触模式AFM适合检测表面强度较高、结构稳定的样品。 4．横向力模式AFM可以获得样品纳米尺度局限上探针的横向作用力分布图。 5．轻敲模式AFM适合检测粉体颗粒、生物样品及其它柔软、易碎、易吸附的样品，但分辨率比接 触模式较低。 6．相移模式AFM对不同组分材料的组分变化比较敏感。 7．磁力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上磁畴结构及分布图。 8．静电力显微镜可以获得样品纳米尺度局域上静电场分布图。 9．样品定位辅助模块用于实现样品在毫米量级范围内以纳米精度搜寻定位。 10．纳米加工模块用于实现矢量刻蚀和图形刻蚀方法的纳米加工。 11．如需开发特殊功能SPM，需要购买SPM通用平台开放式开发系统。 配置/型号 ZL STM-II ZL AFM-I ZL AFM-II ZL AFM-III ZL 3000 主机 可扩展式电子学控制机箱 多模式扫描探针显微镜组合式探头 扫描隧道显微镜 原子力显微镜 接触/横向力 模式 原子力显微镜 轻敲/相移 模式 摩擦力显微镜 磁力/静电力显微镜 针尖粗调/自动趋近机构 扫描器(单一多量程自适应扫描器不更换技术) 针尖架 扫描隧道模式针尖架 原子力基础模式针尖架 原子力专业模式针尖架 磁力模式针尖架 静电力模式针尖架 组合式纳米级减振系统 1个 包含 包含 包含 包含 包含 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 1套 6&mu m 6&mu m 50&mu m 50&mu m 100&mu m 1个 2个 3个 5个 1个 　 　 　 1套 软件 系统 　 在线控制软件 1套 离线图像处理/分析软件 离线软件开发模板 摩擦力分析软件 　 　 　 　 网络实验室远程控制软件 　 　 　 培训课件/实验教材/科普教材/说明书光盘 　 附件 标准样品 1套 样品载片 5片 5片 10片 10片 15片 STM探针 Pt-Ir 20 20cm 　 20cm AFM接触/横向力/摩擦力模式探针（进口） 　 10枚 AFM轻敲/相移模式探针（进口） 　 　 　 10枚 MFM磁力探针（进口） 　 　 　 　 5枚 EFM导电探针（进口） 5枚 专用工具（镊子、针尖剪刀、玻璃皿 等） 1套 样品 定位 模块 高分辨CCD光学显微系统 可选配 高精度电控样品移动平台 　 　 纳米加工模块 SPM通用平台开放式开发系统

纵观人类发展的历史，我们不难发现，生产技术每一次的革新都离不开材料的突破，材料决定了社会发展的进程。在这材料中，新能源材料与功能材料扮演着重要的角色。随着科技的发展，传统的不可再生能源已不能满足需求，需要发展像太阳能、氢能、核能、风能等新能源；单一功能的材料也不能满足发展的要求了，需要开发出具有特殊、多功能性的新材料，如万能材料石墨烯、碳纳米管以及具有无限可能的高分子材料。 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscopy，SPM）是扫描隧道显微镜及在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的各种新型探针显微镜（原子力显微镜、静电力显微镜、磁力显微镜、扫描离子电导显微镜、扫描电化学显微镜等）的统称。它可以实现材料表面的结构与性质的测量，如对材料表面的形貌、粗糙度、电流电势分布以及磁畴分布情况进行测量，可以说它是材料科学领域中一个不可或缺的表征仪器。 岛津公司作为全球著名的分析仪器厂商，自1875年创业以来，始终坚持 “以科学技术向社会做贡献”的创业宗旨、努力实现“为了人类和地球的健康”之愿望，不断钻研领先时代、满足社会需求的科学技术。扫描探针显微镜具有纳米级的分辨率，在生物、医学、材料、微电子等应用学科均有它的用武之地，它在新材料的应用以及今后的新材料发展中发挥着重要作用。为了更好的服务于岛津SPM客户，岛津公司分析中心也开展了新能源及高分子材料的测试分析工作。本文集即是对这一工作的阶段性总结，供相关工作者参考。

原子力显微镜（AFM）是一种表面表征方法。AFM中的关键元件是一个锋利的探针尖端，连接在力传感换能器上。在测量产生的相互作用力的同时，尖端相对于样品进行扫描。作为样品位置函数的映射原则上允许对表面结构进行成像。此外，还可以获得许多其他相互作用，如局部化学力和静电力。此外，将不同刺激整合到AFM测量中的能力（例如，温度依赖性、紫外线照射等）使得能够研究不同的实验效果。按时间顺序，AFM操作可分为两种：静态（也称为接触）和动态模式。接触操作模式依赖于探针的直接偏转测量。通过了解力传感换能器（即悬臂）的弹簧常数，可以直接恢复力。因此，接触模式易于操作，结果直观。然而，局部程度是由尖端和样品之间建立的接触面积定义的，该接触面积可以多达数百纳米正方形。此外，还有机械不稳定性，其中吸引的尖端-样品相互作用克服了悬臂的刚度，也称为跳跃接触。引入了动态操作模式来解决接触模式的局限性。动态操作模式的基本思想依赖于对悬臂的谐波振荡的解调，以控制尖端-样本分离。调幅（AM）是最广泛使用的动态操作模式之一。AM基于振荡的解调以恒定的激励信号驱动悬臂时，激励信号和振荡信号之间的相位差、振幅和/或相位差。仅涉及一个控制回路来控制AM-AFM中恒定激励信号的尖端-样本分离。因此，AM-AFM的使用相对简单。尽管AM-AFM易于实现，但它在机械上受到限制，特别是在真空条件下。更具体地说，振荡幅度的稳定时间与悬臂的质量因子成比例。因此，由于在真空条件下缺乏粘性阻尼，AM调制的使用是不可行的。此外，超出现有AFM硬件能力的机械不稳定性和振幅变化阻碍了传统AM-AFM在真空条件下的使用。AM-AFM的替代品是调频原子力显微镜（FM-AFM），它基于尖端-样品相互作用下悬臂共振频率的解调。FM-AFM消除了AM-AFM的限制；然而，它需要一个相对复杂的控制架构，因为激励信号由于尖端-样本相互作用而变化。FM-AFM通常在真空条件下使用，因为信噪比随着高质量因子的提高而提高；然而，它也可以在环境下甚至在液体环境中使用。FM-AFM能够以高分辨率测量尖端-样本相互作用力，即作用力为皮牛顿，距离为皮米。此外，随着原子工程尖端的最新进展，有可能评估不同原子侧的直接化学表征。除了FM-AFM的精确力和距离控制外，FM-AFM还利用其时间分辨测量的潜力覆盖了AM-AFM，其中尖端-样本相互作用力是作为时间的函数测量的。然而，已经从理论上证明并通过实验验证了基于FM的测量的时间分辨率不受机械限制。在这里，科研人员展示了具有新的硬件和软件集成的商业原子力显微镜系统的定制。尽管最初的设置，VEECO的EnviroScope扫描探针显微镜（SPM）带有NanoScope®IIIa控制器，具有用户友好的功能（例如，易于访问样品和尖端以及样品和/或尖端的温度控制），但它只能进行接触模式和基于AM AFM的形貌测量，并具有原始的力谱能力。我们实现了一个锁相环、一个高压放大器和一个新的显微镜控制器，用于FM-AFM的自动测量。我们用环境条件下的实验来说明我们的定制。更具体地说，我们进行了FM-AFM形貌实验、接触电势差测量、基于FM AFM的力谱测量、时间分辨原子力显微镜测量和跨台阶边缘的二维力谱测量。尽管每个商业系统都有自己的特点（例如，驱动步进电机进行粗略处理，访问所有数据信号以及高压信号的能力，以及用于样本定位的摄像头连接），但许多（商业）系统也可以进行类似的升级/定制。因此，我们相信我们的方法将对其他扫描探针显微镜有用。

原子力显微术（AFM）作为一种表征手段，已成功应用于研究各个领域的表面结构和性质。随着人们对多功能和更高精度的需求，原子力显微技术得到了快速发展。目前，原子力显微镜针对不同的研究对象，搭配特定的应用功能模块可以研究材料的力学、电学以及磁学等特性。其中压电力显微术（PFM）已被广泛应用于研究压电材料中的压电性和铁电性。1. 压电材料与铁电材料压电材料具有压电效应，从宏观角度来看，是机械能与电能的相互转换的实现。当对压电材料施加外力时，内部产生极化现象，表面两侧表现出相反的电荷，此过程将机械能转化为电能，为正压电效应。与之相反，若给压电材料的施加电场，材料会产生膨胀或收缩的形变，此过程将电能转化为机械能，为逆压电效应。铁电材料同时具备铁电性和压电性。铁电性指在一定温度范围内材料会产生自发极化。铁电体晶格中的正负电荷中心不重合，没有外加电场时也具有电偶极矩，并且其自发极化可以在外电场作用下改变方向。并非所有的压电材料都具有铁电性，例如压电薄膜 ZnO。压电铁电材料广泛应用于压电制动器、压电传感器系统等各个领域，与我们的生活息息相关，还应用于具有原子分辨率的科学仪器技术，例如在原子力显微镜中扫描的精度在很大程度上取决于内部压电陶瓷管扫描器的性能。2. PFM工作原理原子力显微镜是一种表面表征工具，通过检测针尖与样品间不同的相互作用力来研究样品表面的不同结构和性质。针尖由悬臂固定，激光打在悬臂的背面反射到位置敏感光电二极管上，由于针尖样品间作用力发生变化会使悬臂产生相应的形变，激光光束的位置会有所偏移，通过检测光斑的变化可获得样品的表面形貌信息。 图1 压电力显微术工作原理PFM测量中导电针尖与样品表面接触，样品需提前转移到导电衬底上，施加电压时可在针尖在样品间形成垂直电场。为检测样品的压电响应，在两者之间施加AC交流电场，由于逆压电效应，样品会出现周期性的形变。当施加电场与样品的极化方向相同时，样品会产生膨胀，反之，当施加电场与样品的极化方向相反时，样品会收缩。由于样品与针尖接触，悬臂会随着样品表面周期性振荡发生形变，悬臂挠度的变化量与样品电畴的膨胀或收缩量直接相关，被AFM锁相放大器提取，获得样品的压电响应信号。3． PFM的测量模式图2 压电力显微术的三种测量模式PFM目前有三种测量模式，分别为常规的压电力显微术、接触共振压电力显微术和双频共振追踪压电力显微术。常规的压电力显微术在测量过程中针尖的振动频率远小于其自由共振频率，将其称为Off-resonance PFM。这种模式得到的压电信号通常较小，一般需要施加更高的电压，通常薄层材料的矫顽场较小，有可能会改变样品本身的极性，不利于薄层材料压电响应的测量，存在一定的局限性。此时获得的振幅值正比于压电系数，利用针尖的灵敏度可直接将振幅得到的PFM 信号转换为样品的表面位移信息，获得材料的压电系数。接触共振的压电力显微术测量称其为contact-resonance PFM，可以有效放大信号，针尖的振动频率为针尖与样品接触时的接触共振频率，一般是针尖自由共振频率的3-5倍。此时无需施加很高的外场就能得到较强的PFM信号，不会改变样品的极化方向。此时测得 PFM 压电响应信号比常规FPM测量的响应信号幅值放大了 Q 倍（Q为共振峰品质因子），计算压电系数时需考虑放大的倍数。但此技术也存在一定的局限性，针尖的接触共振频率是在某一位置获得的，接触共振频率取决于此位置的局部刚度。在扫描的过程中，针尖与样品之间的接触面积会发生变化，引起接触共振频率的变化，若以单一的接触共振频率为针尖的振动频率会使得信号不稳定，测得的振幅信号在共振频率处放大，其余地方信号较弱，极大的影响压电系数的定量分析，得到与理论值不符的压电系数。与此同时PFM信号易与形貌信号耦合，产生串扰。双频共振追踪压电力显微术（DART-PFM）可以有效避免压电信号与形貌的串扰。在这项技术中，通过两个锁相放大器分别给针尖施加在接触共振峰两侧同一振幅位置的频率，当接触共振频率变化时，振幅会随之变化，锁相放大器中的反馈系统会通过调节激励频率消除振幅的变化，由此获得清晰的形貌和压电信号。此时在量化压电系数时需要额外的校准步骤确定振幅转化为距离单位的值，目前一般是通过三维简谐振动模型去校准修订得到压电材料的压电系数。 4. PFM的表征与应用PFM测量中可获得样品的振幅和相位图。图中相位的对比度反映样品相对于垂直电场的极化方向，振幅信息显示极化的大小以及畴壁的位置。一般来说，材料的压电响应是矢量，具有三维空间分布，可分为平行和垂直于施加外场的两个分量。图3 BFO样品的PFM表征图[1]若样品只存在与电场方向平行的极化响应，PFM所获得的振幅和相位信息可直接反映样品形变的大小和方向，若样品畴极化方向与外加电场相同，相位φ=0；若样品畴极化方向与外加电场相反，则相位φ=180°。此时垂直方向的压电响应常数可直接由获得的振幅与施加的外场计算出来，在共振频率下可以定量测量。值得说明的是，PFM获得的压电响应常数很难与块体材料相比较，因为样品在纳米尺度的性质会与块体材料有显著的不同。若样品具有平行和垂直于电场的压电响应，在施加电场时，样品的形变出现面内和面外两个方向。利用Vector PFM可以同时获得悬臂的垂直和横向位移，可以将得到的信号矢量叠加，获得样品的三维PFM图像。压电力显微术不仅可以成像，还能用于研究铁电材料的电滞回线，并且可以对铁电材料进行写畴。铁电材料的相位和振幅与施加的电压呈函数关系，测得的电滞回线和蝴蝶曲线可以用于判断铁电材料的矫顽场，矫顽场是铁电材料发生畴极化反转时的外加电压。一般的电滞回线的获取需要施加大于±10V的直流偏压，但值得注意的是较高的直流电压会增加针尖与样品间的静电力贡献，静电力信号有可能超过压电响应信号，从而掩盖畴极化反转信号。图4 SS-PFM的工作原理图开关谱学压电力显微术(SS-PFM)可以有效减小静电力的影响，原理如图4所示与普通PFM在测量电滞回线时线性施加DC电压的方式不同，SS-PFM将DC电压以脉冲的形式初步增加或减小，每隔一定的时间开启和关闭DC电压，并且持续施加AC交流电。其中DC用于改变样品的极化，AC交流电用于记录DC电压接通和关闭时的压电信号。图为研究二维异质材料MoS2/WS2压电性能时利用SS-PFM测得的材料特性曲线。 图5 二维异质材料MoS2/WS2的材料特性曲线[2]铁电材料与普通压电材料最大不同是在没有外加电场时也具有电偶极矩，并且其自发极化可以在外电场作用下改变方向，因此可利用是否能够写畴来区分铁电材料。知道压电材料的矫顽场之后可以对样品进行局部极化样品进行写畴，畴区可以自定义，正方形、周期阵列型或者更加复杂的图案。最简单的写畴是先选择一10×10μm正方形区域，其中6×6μm区域施加正偏压，4×4μ区域施加负偏压，获得回字形写畴区域，在相位图中可以清晰的看到所写畴区。图6 Si掺杂HfO2样品的回字形写畴区域[3]5. 注意事项在PFM测量中首先要保证在样品处于电场之中，在样品的前期准备时需将样品转移至导电衬底，并确定针尖和放置样品的底座可以施加电信号，此时才能保证施加电压时在针尖在样品间具有垂直电场。在PFM测量中静电效应的影响也不容忽略，导电针尖电压的电荷注入可诱导静电效应并影响材料的压电响应，导致PFM振幅和相位信息与特性曲线失真。尽管静电效应在 PFM 测试中无可避免，但可以使用弹簧常数较大的探针或者施加直流偏压来尽量减小其中的静电影响。此外针尖的磨损也会极大的影响PFM测量。由于针尖与样品间相互接触，加载力不宜过高，过高会损坏样品表面，保持恒定适中的加载力。此外使用较软的针尖在扫描过程中可以保护针尖不受磨损，并且保护样品。PFM测量中常用的针尖为PtSi涂层的导电针尖，以获得较稳定的PFM信号。参考文献[1] HERMES I M, STOMP R. Stabilizing the piezoresponse for accurate and crosstalk-free ferroelectric domain characterization via dual frequency resonance tracking, F, 2020 [C].[2] LV JIN W. Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides [J]. Science (New York, NY), 2022, 376: 973-8.[3] MARTIN D, MüLLER J, SCHENK T, et al. Ferroelectricity in Si-doped HfO2 revealed: a binary lead-free ferroelectric [J]. Adv Mater, 2014, 26(48): 8198-202.作者简介米烁：中国人民大学物理学系在读博士研究生，专业为凝聚态物理，主要研究方向为低维功能材料的原子力探针显微学研究。程志海：中国人民大学物理学系教授，博士生导师。2007年，在中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室，获凝聚态物理博士学位。2011年-2017年，在国家纳米科学中心纳米标准与检测重点实验室，任副研究员/研究员。曾获中国科学院“引进杰出技术人才计划”和首届“卓越青年科学家”、卢嘉锡青年人才奖等。目前，主要工作集中在先进原子力探针显微技术及其在低维量子材料与表界面物理等领域的应用基础研究。

近日，北京大学物理学院、轻元素先进材料研究中心江颖教授课题组与刘开辉教授课题组合作，自主研发了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜。该显微镜性能达到国际最好水平，其中原子力传感器振幅噪音和品质因子国际领先。相关技术细节发表在国际著名科学仪器杂志《科学仪器评论》（Review of Scientific Instruments）。相关专利技术已经成功实现转让，并完成了首台商业化样机。有望打破长期的国际垄断局面。图1. 自行研制的qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机由于技术受限和经验缺乏，我国的高端扫描探针显微镜多年来一直严重依赖进口。在这种被动的局面下，江颖课题组十多年来一直致力于研发扫描探针显微镜的核心部件以及高分辨成像和谱学技术，不断挑战扫描探针技术的探测极限。尤其是成功研发出一套具有自主知识产权的基于qPlus传感器的非侵扰式扫描探针显微术，该技术通过探测极其微弱的高阶静电力，刷新了扫描探针显微镜的空间分辨率，国际上首次实现了水分子中氢原子的直接成像，将水的微观实验研究带入一个全新的时代。图2. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的核心部件。A和B，光耦合扫描探头的三维设计图和实物图。C，qPlus原子力传感器。D，聚焦离子束刻蚀后的针尖。在关键技术获得突破的基础上，江颖课题组的程博伟博士、博士研究生吴达和边珂副研究员进一步与刘开辉课题组紧密合作，成功搭建了一台qPlus型光耦合扫描探针显微镜商业化样机（专利1）。该设备兼容超高真空和低温（液氦）环境，电路噪音背底低至5 fA/Hz1/2，针尖高度振动噪音峰小于200 fm/Hz1/2，热漂移小于0.1 pm/min，各项指标达到国际最好水平。同时，该设备的qPlus传感器具有极低的背底振幅噪音（~2 pm）和优异的品质因数（最高140000），达到国际领先水平。此外，该显微镜系统还具备独特性设计，其扫描探头上直接集成了可驱动光学透镜的三维纳米定位器（专利2），大幅提升了光激发与光收集效率，避免了激光聚焦光斑的微抖动问题，使得该显微镜兼备十分优异的光学兼容性，是研究多种分子和材料体系的结构、化学成分及动力学行为的理想工具。图3. 自制qPlus型光耦合扫描探针显微镜的原子力显微成像测试结果。A，qPlus力传感器频率扫描曲线。B和D，不同针尖高度下Au(111)表面二维冰的恒高原子力显微图像（频移图）。C，二维冰表面不同位置的力谱。E和F，二维冰的原子结构图。相关论文：Bowei Cheng, Da Wu, KeBian, Ye Tian, Chaoyu Guo, Kaihui Liu, Ying Jiang, A qPlus-based scanning probe microscope compatible with optical measurements. Review of Scientific Instruments 93, 043701 (2022).(https://doi.org/10.1063/5.0082369)相关专利：[1] 江颖、程博伟、边珂、吴达，一种基于qPlus的光耦合扫描探针显微镜，中国，202121333378.5，2021-09-03。[2] 江颖、程博伟、吴达、边珂，一种透镜三维移动装置，中国，202120697032.7，2021-05-07

2021年8月18日，由仪器信息网主办，纳米科学（NanoScientific)协办的“第三届原子力显微镜主题网络研讨会”在云端顺利召开。一天的听众行业分布原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM) 是继扫描隧道显微镜（Scanning Tunneling Microscopy）之后发明的一种具有原子级高分辨仪器，自1985年商业化以来，由于AFM可以在大气和液体环境下对各种材料和样品进行纳米区域的多种物理性质进行测量，或者直接进行纳米操纵，AFM现已广泛应用于半导体、纳米功能材料、生物、化工、食品、医研究和各类纳米相关学科的科研领域中，成为纳米科学研究的基本工具。本次参会听众主要包含化工、仪器仪表、能源、金属、电子电器、环境、机械等领域。听众单位性质分布本次研讨会除了邀请9位知名原子力显微镜/扫描探针研究/应用专家分享AFM技术的最新研究应用前沿，还邀请了刚刚发布AFM新品的3家AFM品牌专家代表为大家分享AFM产品的最新技术进展。参会听众约六成来自高校院所，其他较多单位性质还包括仪器厂商、工业企业、检测机构等，侧面反应这些单位对原子力显微镜仪器技术应用前沿、操作技术等更加关注。听众工作中常用仪器门类树状图一天的12个报告内容设置，主要围绕原子力显微镜/扫描探针技术，涉及热点应用领域包括水科学应用、石墨烯生长、纳米材料力学、静电性质动态测量、二维原子晶体界面调控、半导体器件失效分析、界面电荷转移反应、天然高分子溶液行为等。涉及相关技术包括便捷操作、全自动化、高速扫描、视频级、试样制备技术革命、光镜电镜衔接技术、智能化等。可以看到参会者日常常用的仪器门类，除了本次会议主题的原子力显微镜，及相关的扫描隧道显微镜、静电力显微镜、扫描离子电导显微镜外，电镜、X射线仪器、光谱等占比也较高，展现了以原子力显微镜为主要研究手段的应用领域中，应用关联性较高的一些仪器门类。经征求报告专家意见，会议12个报告中，10个报告将设置报告视频回放，详细见下表，便于广大网友温故知新。分会场视频回放链接报告题目演讲嘉宾第三届原子力显微镜网络研讨会(上)(08月18日)链接 氢敏感的原子力显微术及其在水科学的应用江颖(北京大学)链接 日立新一代AFM100系列原子力显微镜刘金荣(日立科学仪器（北京）有限公司)链接 试样制备在显微镜技术中的使能作用——关于原子力显微镜技术的反思苏全民(中国科学院沈阳自动化所)链接 从能用到好用，从专家到傻瓜——原子力显微镜高效操作技术发展陈强(岛津企业管理（中国）有限公司)/成核点在石墨烯生长过程中的作用刘金养(福建师范大学物理与能源学院)链接 原子力显微镜在纳米材料力学表征方面的应用李慧琴(上海交通大学)第三届原子力显微镜网络研讨会(下)—2021 NanoScientific Symposium China (NSSC 2021)(08月18日)链接 欢迎 致辞Keibock Lee(NanoScientific)链接 欢迎致辞张菲(北京航空航天大学)链接 原子力显微镜在静电性质动态测量中的应用钱建强(北京航空航天大学)链接 二维原子晶体界面调控的原子力显微学研究程志海(中国人民大学)抽奖活动链接 原子力显微在第十族TMDs物性研究中的应用杨鹏(云南大学)/从原子尺度理解固/气界面上的高温电化学反应机理陈迪(清华大学未来实验室)链接 基于分子间作用力的天然高分子溶液行为研究王静禹(华南理工大学化学与化工学院)链接 扫描电容显微镜在FA实验室的应用潘涛(Park原子力显微镜)会议技术交流群会议技术交流、合作：yanglz@instrument.com.cn附：会议下午场2021 NanoScientific Symposium China (NSSC 2021)抽奖活动中奖名单下午场NSSC 2021会场，共有近四百名在线网友参与了抽奖和填写调研问卷，现将获奖名单公示如下（未完成兑奖可邮件沟通：yanglz@instrument.com.cn）一等奖（kindle阅读器）获得者：电话号码 15050***549，李**二等奖，三等奖和参与奖获得者请参考下方图片：

2022年，Quantum Design公司研发推出了全新的FusionScope多功能显微镜。该设备将SEM和AFM技术深度融合，利用SEM进行实时、快速、精准导航AFM针尖，创新性地实现同一时间、同一样品区域和相同条件下的SEM&AFM原位精准定位与测量；测量时也可以实时观察AFM悬臂的尖端，在不需要转移样品的情况下，原位进行80° AFM与样品台同时旋转，对几乎所有样品（包括复杂样品）均可以实现无视野盲区观测，尤其适合实时观测AFM探针接触到样品表面时，样品的力学性能。 2023年11月，Quantum Design中国子公司将FusionScope多功能显微镜引进QD中国样机实验室，旨在满足国内日益增长的原位微纳材料/器件综合表征测试需求，更好地为国内的科研工作者提供专业技术支持和服务。图1. QD中国样机实验室——FusionScope多功能显微镜 图2. FusionScope及组成模块介绍：（A）FusionScope紧凑型的整体设计；（B）AFM-SEM公用的样品腔及多种表征模式，其中SEM为扫描电子显微镜；AFM为原子力显微镜，Static为静态模式，Dynamic为动态模式，FIRE为力学测量模式，MFM为磁学测量模式，EFM为静电力测量模式；（C）AFM-SEM联合共坐标系统示意图。 Fusionscope多功能显微镜的问世为联合显微分析领域带来了新的机会。Fusionscope多功能显微镜特有的AFM-SEM原位同步联用技术在纳米表征领域有着难以替代性。1. Fusionscope在对微区表正时可以实现AFM与SEM的无缝切换，实现微区的高分辨原位表征图3. Fusionscope对人造骨骼样品的微区进行原位的AFM-SEM综合形貌表征。2. Fusionscope中的软硬件设计为样品的多角度表征提供便利 图4. Fusionscope可实现对样品的大范围观测（-10°-80°），极小热漂移和简单明确的软件界面。3. Fusionscope中的多功能AFM可以对样品微区进行原位力学，磁学和电学表征图5. A）SEM表征停留在石墨烯薄膜上的AFM探针。B）SEM和AFM对在多孔硅基底上的石墨烯薄膜进行综合表征。C）石墨烯薄膜在收到较小的加载力时的形貌图。D）石墨烯薄膜在收到较大的加载力时的形貌图。图6. A) SEM表征双相不锈钢样品和AFM针尖。B)双相不锈钢的晶界SEM表征。C)对样品的AFM形貌表征。D)对双相不锈钢晶界处进行磁结构表征。图7. 左图BaTiO3陶瓷样品的SEM图片，中图为样品同一区域AFM形貌结果，右图为+1.5V偏压下EFM表征结果。图8. 左图为通过SEM将AFM探针定位到样品所在区域，中图为贝壳上硅藻结构的SEM图像，右图为硅藻结构的AFM三维形貌图。 Fusionscope多功能显微镜，可以快速，准确的实现样品微区的原位二维，三维成像和力学，磁学以及电学性能的检测，可被广泛应用于材料科学、微纳机电器件、芯片质检、失效分析和生物医学等多种应用领域。更多的应用仍在不断开发和探索中，我们期待与您早日合作，共同进步！样机体验： 为更好地服务中国科研工作者，Quantum Design 中国引进了Fusionscope多功能显微镜样机，将为大家提供为专业的售前、销售、售后技术支持，欢迎各位老师参观试用！

随着全球能源需求的不断增长，可再生能源技术成为人们关注的焦点。其中，基于光伏(photovoltaic，PV)材料的技术实现了将光能转化为电能的难题，具有广阔的应用前景。然而，太阳能电池技术的商业化仍面临着成本高、功率转换效率低以及器件寿命短等挑战1。无论要克服哪方面的问题，成功的关键都依赖于表征技术的提高，尤其是对高空间分辨率的要求更加严苛。以顺应目前先进制造下微米及纳米尺度特征的材料所需（例如钙钛矿薄膜中的多晶体、有机半导体中的体异质结网络和纳米结构化的光捕获层）。牛津仪器原子力显微镜（AFM）以实现纳米级的高空间分辨率著称，可为其他成像技术补充材料器件更多维度的信息2。它不仅可以测量结构，还可以测量功能响应，从而深入了解结构性质、处理流程和表观性能之间的关系（图1）。本文中，我们将探讨牛津仪器AFM在表征两种新兴光伏材料（如钙钛矿和有机半导体）各方面性质的应用。值得注意的是，其他材料，包括无机半导体（Si、CdTe灯），黄铜矿（CIGSSe、CuInSe2等）以及具有多个吸收体的串联系统，也可以从AFM表征中受益。通过AFM，我们可以更好地理解这些材料的性能和潜力，为未来的太阳能电池技术发展提供有力支持。图 1：观察MAPbI3中纳米尺度光响应光伏电池性能指标，如短路电流Isc通常在宏观尺度上测量，但纳米尺度下的表征，可以揭示微结构对性能的关键影响。上图显示在约0.07 W/cm2的照度下，甲基铵铅碘化物(CH3NH3PbI3或MAPbI3)薄膜上的短路电流ISC叠加在三维形貌图的结果。通过光导电AFM（pcAFM）获取了从偏置电压0到+1 V的电流。然后，通过图像每个像素位置的I-V曲线中确定Isc的值，最终生成短路电流-形貌图。使用MFP-3D BIO AFM获得，扫描范围为3微米3。 1 钙钛矿型新材料有机-无机混合型钙钛矿材料的太阳能电池技术因其转换效率的快速提升（仅用了七年时间到22％的转换效率）而备受关注1,4。更重要的是，该技术可以通过相对简单和廉价的溶液处理技术（例如旋涂）进行制造。目前的研究重点在于测量基本属性并提高长期稳定性。通过AFM的表征，有效推动二者的共同发展。1.1理解晶体结构评估钙钛矿薄膜的微观结构对于基础研究和实际应用都具有重要意义。例如，它可以揭示光电响应与晶粒尺寸之间的极敏感的依赖关系，并帮助解决大规模制造中的难题，如钙钛矿如何从前驱体状态结晶等。为了满足这些需求，AFM探测了表面高度和形貌的三维定量图（图2）。形貌图显示了薄膜属性，包括覆盖度和均匀性，并允许快速计算表面高低起伏特性，如粗糙度，以便快速比较不同薄膜。AFM形貌图可以在轻敲或接触模式下获得的，通常可以分辨出纳米以下的垂直特征结构。实际上，当前少数AFM可以实现垂直分辨率达到几十皮米，从而完成晶体和分子的晶格级成像。牛津仪器新型AFM自动化程度高，可大大减少实验设参时间并简化数据采集。当钙钛矿暴露于不同环境条件时，氧化或其他化学反应可能对微观结构和其他材料性能造成不可逆损伤。使用专门的环境控制模块，将样品保护在经过净化的惰性气体环境中进行AFM实验，可以防止这种退化。环控组件还可以提供惰性气体的湿度控制。更有甚者，通过将整个AFM放置在手套箱中以完全隔离大气（参见图5），来实现更严格的环境控制。图 2：晶格结构变化溶液处理技术已被成功应用于生成具有均匀表面覆盖的致密钙钛矿薄膜。然而，这些薄膜的晶粒通常非常细小，导致晶界损失增加，从而降低了光转换效率。为了解决这个问题，研究人员开发出苄基硫代酸根(GUTS)的前驱体处理方法，以增加薄膜的晶粒尺寸。左侧图片中，我们可以看到未经处理的MAPbI3薄膜的形貌，右侧图片是使用GUTS/异丙醇溶液(4 mg/ml,GUTS-4)处理后的薄膜的形貌图。可见通过处理以后，已成功地将平均晶粒尺寸从纳米级别提升到了微米级别。此外，使用GUTS-4处理的薄膜制备的太阳能电池的功率转换效率比未处理的薄膜高出约2%。扫描尺寸5微米5。1.2测量电和功能化响应光伏机制研究在很大程度上依赖于大量的光电数据，以全面理解其工作原理。钙钛矿薄膜的多晶结构极大地推动了在微观和纳米尺度上进行测量的能力。AFM的高分辨率电学测试技术能够揭示电荷传输、捕获和复合等过程以及相关行为。当在配置了样品照明功能的AFM上进行实验时，这些技术的作用更为明显。多模态和其他类似的研究方法也为我们提供了深入理解光伏材料的可能性。这些方法包括使用多种原子力显微镜模式（如KPFM、CAFM、EFM）以及其他表征工具，如扫描和透射电子显微镜（SEM和TEM）、光致发光（PL）和拉曼光谱，以获取获取多维度的数据。如图3（KPFM，CAFM和TEM）和图4（CAFM，KPFM和PL）所示。1.21导电模式（CAFM)测电流导电原子力显微镜（CAFM，在照明下实验时，称为光电导AFM（pcAFM））是常用的AFM电学检测模式。它们都利用导电探针来感知施加了直流偏压的样品中的电流。通过接触扫描或快速力图成像，可以获得局部电流图，进而揭示光诱导的载流子迁移变化、光电导率的局部变化以及其他相关性质。为了避免信号伪影，可以在pcAFM测量期间停用AFM检测激光。而改变测试参数，如偏置电压、照明强度、波长或极化，则可以提供更深入的信息。CAFM和pcAFM也可以获得具有纳米级分辨率的电流-电压（I-V）曲线。只需将探针移动到在用户自定义的位置，并在接触模式下施加偏置电压，就可以测量到电流。得到的I-V曲线可以揭示电荷的生成和注入、接触电阻以及退火或其他处理流程的影响等方面（图3）。由于CAFM和pcAFM在纳米级高分辨电流图方面表现出色，因此对AFM的能力提出更多特殊要求。例如，测量需要高灵敏度和低噪声，因为电流可以跨越六个数量级（皮安到微安）。此外，定量探针-样品的接触面积也需要先校准悬臂梁弹簧常数，完成这些校正之后，就能精确测量和控制施加的力了；如果没有高灵敏度，这些校正将难以完成。1.2.2 静电力（EFM)/开尔文探针力（KPFM)模式测电场静电力显微镜（EFM）和开尔文探针力显微镜（KPFM）是评估光电响应的另外两种独特模式。它们拥有纳米级的空间分辨率，能够深入探究单个晶粒、晶界以及晶粒之间的微观变化。EFM和KPFM都基于轻敲模式运行的，所以可以近似反映开路时的行为。EFM主要感知由长程静电力梯度引起的电场变化，因此对于检测嵌入导体或表面电荷不均引起的电容变化非常敏感。它通常是一种快速简易的方法，可以用来定性地获得电场和电容之间的对比。为了减少形貌变化的干扰，可以使用双通道扫描技术进行EFM扫描。相比之下，KPFM感知的是探针和样品之间的接触电势差（图3和4）。KPFM最关键的优点是能够定量测量功函数，这是许多光伏系统中电势变化的根本原因。使用KPFM进行功函数的纳米级成像可以得到关于能带弯曲、掺杂剂密度和光诱导变化相关的详细信息。KPFM通常采用双通道振幅调制（AM）方法进行操作，类似于EFM，但也可以在单通道频率调制（FM）模式下操作。FM-KPFM通常具有更高的空间分辨率，并包含来自悬臂梁高阶谐波响应的其他信息。图 3：研究晶界处的离子迁移钙钛矿材料具有许多令人着迷的性能特点，如磁滞和热电效应等，其背后的机制尚待深入分析。本图展示了多晶MAPbI3薄膜的表面电势（KPFM）与形貌结构的叠加。通过透射电镜获得的晶体学取向（未在此图中显示）与表面电势的关联性揭示了一个有趣的趋势：具有较大电位差异的晶粒之间的边界角度比那些具有较小电位差异的晶粒间的边界角度更高（如图中的△）。使用CAFM获取的局部I-V曲线显示出在高角度晶粒边界处存在较强的暗流磁滞，但在低角度边界处几乎没有磁滞。(蓝色和红色箭头分别代表加压和降压各一次)。这些结果表明，晶粒边界处的迁移速度远快于晶内迁移，并且对晶内迁移起到了主导作用。通过MFP-3D AFM获取，扫描范围为2微米6。图 4：关联局部光学和纳米电学特性理解钙钛矿材料空间异质性的起源对于提升光电转化效率至关重要。这项研究中，甲基铵铅溴化物(CH3NH3PbBr3或MAPbBr3) 沉积在玻璃(Glass) /碲化镉（ITO） /聚(3,4-亚乙基二氧硫)聚苯乙烯（PEDOT:PSS)等基底上制备薄膜。样品被安装在AFM样品并通过488nm激光束激发，生成局部相对光致发光(PL)强度图。通过CAFM获取的注入电流图像（偏压为+3.2 V）显示的行为与PL强度无关。尽管这些样品的形貌结构相似，但在虚线、点线和实线曲线表示的区域中，PL响应从暗到亮分别为高、中和低。此外，FM-KPFM表面电位图像并未显示出任何相关性。这一结果与裸玻璃上制备的MAPbBr3薄膜的结果形形成鲜明对比，表明异质性的来源并非在薄膜内部，而是在电极-膜界面上。使用MFP-3D AFM获取，扫描范围为7微米7。1.2.3压电力模式（PFM)表征铁电性此外，钙钛矿中的铁电性质可能会对光伏器件的性能有着多样化的影响。例如，极化场可以更有效地分离电子空穴对，带电的畴壁也可以作为额外的导电通路。铁电性还可以扮演开关功能，从而可以通过偏压控制光电流的方向。然而，我们对于特定反应条件和所得铁电性质之间关系的理解不足，阻碍了进一步探究这些行为如何影响器件性能的脚步。因此，提高表征能力，特别是在畴和晶粒大小这个关键尺度的表征水平，变得尤为重要。压电力显微镜（PFM）是表征铁电性质的强大技术。它对于静态和动态行为（例如畴的结构、生长和极化反转）的纳米级探索非常有用。通过测量机电响应以及形貌，PFM可以深入探究功能特征与结构-性质关系（图5）。在薄膜上进行PFM测量时，需要施加足够高的电压以获得良好的信噪比，但同时也要避免引起极化激活甚至损坏样品。为解决这个问题，推荐在悬臂梁的接触共振频率附近操作，这样可以在较低的驱动电压下实现更高的灵敏度，而牛津仪器Asylum系列的AFM标配该技术。图 5：检测材料铁弹性质通过溶剂退火制备MAPbI3(CH3NH3PbI3)薄膜的形貌图(左)显示，该薄膜是具有阶梯结构的微米级晶粒。相应的垂直PFM振幅图（右）在300 kHz（接近共振频率）处以+2.5V AC偏压获取，观察到了在形貌中不存在的规律间隔条纹畴，相邻畴的方向变化为90°。PFM图中红蓝色线段表明条纹呈周期性变化，范围约从100到350 nm。这表明该薄膜具有铁弹性质，其畴结构依赖于薄膜纹理和特定的制备路线。样品置于氮气环境保护，通过手套箱中的MFP-3D AFM获取的，扫描范围为7微米8。1.3界面层工程在太阳能电池的构造中，最基础的模型仅由两个电极间和中间钙钛矿吸收层构成。然而，为进一步提升电池的性能，通常需要引入其他的层次。在这个过程中，AFM展现出了独特的技术优势，它能够独立或与其他设备协同工作，对各层进行精确的表征。我们可以使用AFM导电探针从顶部接触器件，重构出平面视图来获取电导相关信息，或者在横截面中研究跨界面的行为。表面粗糙度等信息可以通过界面层的纳米尺度形貌成像获取；粗糙度会直接影响层与层之间的粘附性，并展现有机薄膜的相分离和分散等形态特征。CAFM和pcAFM等电学模式也具备广泛的应用价值，例如评估导电均匀性或识别电荷捕获或复合区域。KPFM表征因其对表面接触电势和功函数的敏感性而特别有益。由于设计界面层的目的通常是为了为载流子创造更有利的路径，使其远离吸收体并靠近电极，因此进行仔细选择，确保每个界面处的能级对齐，将从原理层面提高材料的性能。这一过程中，KPFM能够对带弯曲和功函数的空间变化进行成像（图6），为载流子路线的选择提供有益的反馈。图 6：通过多层堆叠改善稳定性为了更有效地利用电子传输层（ETLs），需要对其属性进行更好的控制。研究人员在NiOx上的MAPbI3(CH3NH3PbI3)薄膜上获取了表面电势图，在添加苯基-C71-丁酸甲基酯(PC70BM)和罗丹明101(Rh)层之前和之后获得的图显示了差异。通过钝化钙钛矿晶粒边界缺陷，Rh层显著减少了电势的空间变化。诱导表面光电压的结果显示，附加层降低了表面电势并减少了ETL/阳极界面处的带弯曲。这些结果有助于解释为什么带有Rh层设备的效率和稳定性会增加。在MFP-3D AFM上用双通道KPFM模式获取，扫描范围为1微米9。牛津仪器AFM特点1：软硬件设计与优化微观尺度的导电性能指导了材料设计方向，是光伏领域最常见的表征手段。要实现高分辨率，高灵敏度的电流测量范围，MFP-3D和Cypher系列采用了独特的ORCA模块。Orca在悬臂梁夹具中，集成了一个低噪声传输阻抗放大器，其操作范围从约1 pA到20 nA，并提供了多种增益选项。而更高级的双增益ORCA附件时，会同时激活两个独立的放大器，可以确保在更广泛的电流范围内进行高分辨率测量（约1 pA至10μA）。此外，软件中的Eclipse Mode通过双通道方法改善了Asylum AFMs上的光电流测量精度，并减少了光诱导伪影。其原理是，在第一次扫描中，以接触模式获取形貌信息。然后在第二次扫描中关闭AFM的检测激光，并在相同高度执行pcAFM测量。这时候探针所检测到的信号全部来自样本本征激发，不会耦合检测激光可能造成的光诱导。 同样，Asylum系列标配的GetReal功能使得对探针-样品接触力的理解和测量更加简单和精确。这个功能很轻易在采集软件的界面处找到，用户只需点击一下，就可以自动校准悬臂梁弹簧常数和光杠杆灵敏度，而无需接触样品；对于一些罕见探针，也可以通过输入探针形貌长宽特征的方式进行计算拟合。这个功能大大简化了传统的校正方式，促进力学领域相关探索。基于上述对软硬件的持续升级，电噪声屏蔽和力的精确控制能力大幅加强。Cypher系列和Jupiter提供了新的快速电流成像模式，为柔软或脆性材料提供了强大的电流成像功能。当扫描速率高达1 kHz（Cypher系列）时，可以在不到10分钟内获取256×256像素的数据，且每个像素都包含完整的电流和力曲线信息，方便进一步分析处理。而在铁电研究领域，所有的Asylum Research AFMs都配备了高灵敏度、用于共振增强PFM测量的软件，其中包括双AC共振跟踪（DART）模式或Band Excitation选项。两个（或更多）追踪频率的引入可以减小由于形貌起伏带来的接触共振频率变化，确保针尖信号与形貌变化无关。DART模式扩大样品选取范围，使得形貌对结果的干扰降低了，同时减小了接触共振对探针-样品的磨损。压电响应的另一个问题就是新型材料（如氧化铪）的压电系数太小了，即使是AFM善于在纳米尺度观测突变，也很难实现清晰，高信噪比的扫描。所以牛津仪器Asylum Research针对性提供高压PFM模块。对于MFP-3D Origin+ AFM为±220 V，对于MFP-3D 和Cypher系列AFMs为±150 V，让原本皮米级别的响应变得更清晰可见。牛津仪器AFM特点2：优秀的环境控制许多材料会不可逆转地受到表面与周围氧气或水蒸气的影响，这可能导致样品退化或测量结果不可靠。在新能源与锂电池领域，保护样品，防止环境因素产生不可控变化显得显得尤为重要。对于MFP-3D系列AFM，可以使用封闭的流体腔来实现环境隔离。而对于Cypher ES AFM，则可以使用液体/灌注专用holder来实现环境隔离。这类设计可以确保在测量过程中，样品不会同周围的环境之间有任何直接接触，从而保证材料的原始状态，提高测量结果的准确性和可靠性。而通过更换载物台（PolyHeater或者CoolerHeater），可以实现对样品最低从0°C到最高250°C的环境温度控制。如果样品在大气下极不稳定，需要更极致的环境隔离方案，则可以选择将AFM整机置于充满保护气体的环境中进行测试。Turnkey Glovebox Solutions为MFP-3D和Cypher系列AFM提供了完全的环境隔离解决方案。牛津仪器AFM特点3：MFP-3D 对于光伏领域的特别支持为了适应愈发灵活的光伏检测体系，并改进对光活性材料系统的表征，MFP-3D AFM有特别的选配方案，并构建了一个灵活的光伏一站式平台。这个平台通过将可定制的样品照明激发模块，安装在AFM的底部，然后在MFP-3D已有的各种测试功能中集成照射样品激发功能，使得可以在多种AFM模式和环境中进行高分辨率表征。其参数及特点包括：光纤耦合LED允许最大照度 1太阳，照度控制步长为1％（如图7所示）支持商用的适配器板，可以轻松容纳外部光源，例如Hg-Xe灯开放式设计允许在光路中插入Ø 1〞组件，例如滤光片、偏振器和光阑快速释放适配器可让您在几秒钟内在多个光源和光纤之间切换与MFP-3D 所有的环控附件完美兼容，包括加热、冷却和湿度控制等MFP-3D PV（Photovoltaics）选配的光学元件放置在样品台下面的底座，带有铰链门，便于用内置的LED灯照明样品。样品可以用MFP-3D附随的LED照明器或是用户自己提供的光源照明。通过具有可调节聚焦的透镜将光聚焦到样品上，从而适应一系列不同厚度的样品。同时，插入点允许添加滤镜、偏振器和其他组件获得额外的实验灵活性。使用光伏选配方案，为可视化纳米尺度实时光电响应与定量分析光激发提供了有力的支持。在对新型光伏材料表征技术不断提出新需求的当下，建立了多模态联用的新思路。图 7：氧化铟锡（ITO）衬底上退火的聚(3-己基噻吩)和苯基-C61-丁酸甲酯（P3HT:PCBM）体异质结层使用了ORCA模式，在-1V的偏压下对体异质结层样品进行成像。在测量过程中，打开和关闭530nm的照明光源，同时以1%的增量增加强度（全功率约为0.9 W/cm² ）。图像的横截面显示了测量电流对光强度的依赖性，并且对光强度的微小变化具有很高的灵敏度。2 有机半导体以聚合物和有机小分子为基础的有机太阳能电池，作为下一代光伏技术，具有广阔的前景。其原料来源广泛，绿色环保，性能优秀，且可通过低成本的处理技术（如溶液处理或蒸镀）进行制造。目前，这些电池已达到最低的商用转换效率标准（10%）, 而要继续推进商业化，关键是增加电池寿命，突破只有几年的服役时长障碍 10。因此，理解其性能如何因光线、热量和其他环境因素而退化至关重要。AFM可以从微观尺度测量设备局部结构和性能变化等重要信息，有助于解决上述问题11。2.1体异质结（BHJ）形貌成像有机太阳能电池通常使用体异质结（BHJ）光吸收剂，这是一种自组装的纳米网络结构，由给体和受体材料组成。其转化效率强烈依赖于网络的特定相分离和连通性，不幸的是，现阶段预测给定合成路线所生成的结构，都仍然具有挑战性。更不用说，探究形态是如何通过各种老化机制发生改变的难题。因此，表征BHJ薄膜的微纳米尺度的形态，探究其中关联性是至关重要的。扫描电子显微镜（SEM）是一种广泛使用的选择，但要保证足够清晰的对比度通常会造成样品损伤。而AFM成像几乎是无损的，可以在各种环境条件下，揭示BHJ组分的大小和分散性，并探索处理流程中变量（例如溶剂蒸发速率和退火）的影响。（图8）。有机材料上的形貌图通常在轻敲模式下扫描，这种模式施加的横向和垂直作用力极其温和。较低的力不仅可以减小样品损伤，而且由于较小的探针-样品接触面积，还可以实现更高的空间分辨率。如果使用非常小的悬臂梁配合新型快速扫描AFM，则可以控制低至亚皮牛级的力，这对于易变形的脆性聚合物非常有帮助。BHJ形态也可以用感知力学性质的AFM模式进行表征。例如，轻敲模式的相位图可以区分在混合物不同组分之间精细的结构细节。通过力曲线获得的弹性模量图还可以显示相分离和分散（图9）。其他纳米力学模式不仅可以进行快速定性成像，而且还可以定量测量弹性和粘性响应。特别是，新型双模轻敲技术（例如AM-FM模式）可以实现高分辨率的快速成像14。图 8：氟化调节性能在共轭聚合物主链中用氟代替氢可以提高转化效率和耐用性。在这里，就探究这种效果进对四个窄带隙聚合物进行了系统研究：PF-0无氟，PF-1a和PF-1b具有中剂量氟和不同的区域选择性，而PF-2具有最多的氟12。使用不同剂量溶剂添加剂DIO获得了聚合物/PC70BM的溶液处理薄膜。PF-1a混合物的形貌图表明，少量的DIO增加了相分离，从而提高了功率转换效率，但更高DIO浓度产生了次优形态。图像显示，所有四个混合物的均方根粗糙度随着氟含量的增加而增加，这可能是因为团聚增强了。通过MFP-3D AFM在轻敲模式下获得，扫描范围为5微米12。图 9：评估分子量效应本研究旨在探究不同聚合物链数平均分子量的PDPP4T-TT和苯基-C61-丁酸甲基酯(PCBM)混合物薄膜的杨氏模量分布。通过力曲线成像获取的分布图，可以区分出BHJ相。其中较低的模量对应于PDPP4T-TT，较高的模量对应于PCBM(插图显示了相应的轻敲模式形貌图)。对于中等分子量的薄膜观察到的大片PCBM域表明，在旋铸过程中通过垂直分离而产生的富含PCBM的表面。这个结果可以解释使用这种薄膜制造的晶体管测量到的异常低的串联电阻值。相比之下，其他薄膜中的相看起来很好地混合在一起，从而产生了具有更高的串联电阻。通过Cypher AFM获取，扫描范围为3微米13。2.2 纳米尺度光电响应成像理解有机半导体的电荷注入、传输、捕获和复合仍然是提高效率并减少性能退化的研究关键点。AFM在纳米尺度的光响应成像可以提供有关潜在机制的宝贵信息，并精确定位BHJ中每个过程发生的地点。使用CAFM和pcAFM对有机半导体成像可以在纳米尺度呈现，供体-受体混合物中获得光电流的状态和电荷传输网络。这些模式因此可以帮助确定微观结构各向异性、光强度或其他参数在光电转换中扮演的角色（图10）。然而，有机半导体的脆弱和相对柔软的特性使其容易受到传统接触式（CAFM和pcAFM）施加横向力的影响。同时，接触模式对样品和针尖的磨损会影响测量电流的稳定性，让数据难以重复，使图像的解释变得更加复杂。为了解决这些问题，近年来已经发展出了快速电流成像技术。快速电流成像技术会驱动悬臂梁在垂向上进行连续正弦运动，同时在横向方向进行移动扫描，最终形成一个快速力曲线阵列并在每一个点都记录了测量电流。当在光照下测量时，可以轻易地将形貌和电流数据相关联，从而揭示出局部结构-性质关系。事实上，只要保存过时间对电流和探针偏转的完整曲线，研究者们还可以通过软件对数据进行更高阶的分析。EFM和KPFM为有机半导体的电学表征提供了许多优势。使用EFM测量电容梯度的局部变化或使用KPFM测量表面电势，可以探索优化器件性能或提高长期稳定性的方法。这些基于非接触性质的模式大大减小了由探针功函数产生的能量屏障效应，因此可以实现开路响应的测量。然而，由于双通道扫描需要每行数据都扫描两次才能获得EFM和KPFM图像，这需要花费好几分钟的时间，所以它们更适合研究相对较慢的过程。对于更快的过程，例如毫秒到秒级别的电荷注入和载流子扩散，可能需要使用其他的电学模式进行研究。例如，FM-EFM以及悬臂梁振荡成像等技术，通过测量功率耗散和电荷捕获的局部变化，来研究光化学降解过程15。此外，还有一些更高阶的方法，如时间分辨EFM和混频KPFM，已经能够对有机半导体和钙钛矿中的局部载流子寿命、光诱导充电速率以及热退火效应进行动态研究15,16。尽管这些技术并非常规AFM的标准配置，但它们却突显了Asylum AFM基于开源软件平台的优势。事实上，Asylum的所有AFM都提供了开放控制架构，为优化数据采集和分析程序提供了无限可能，例如将测量与照明同步启动然后自动化批处理数据。图 10：探索P3HT:PCBM中光电流的异质性本研究测量了聚(3-己基噻吩) (P3HT)和PCBM混合物中的pcAFM电流图像，图像显示了具有较高和较低电导率的区域。并在暗处和照明时(~0.09 W/cm2, 530 nm)测量了画圈位置的I-V曲线。在这两种情况下，电流都随着电压低于-0.3 V时而增加，然后在正偏压下过渡到更高的电阻。其中一些位置，电流量取决于照明条件（黑色和蓝色圆圈），而在另一些位置（绿色圆圈）始终很高。使用PV选配方案和ORCA附件在MFP-3D AFM上获取，扫描范围为1微米17。。2.3 优化中间层有机太阳能电池通常包含附加层，用于提取和接收电荷以及控制表面重组。为了优化性能，先期使用AFM获得的纳米尺度信息，来设计界面层是不可或缺的步骤。例如，形貌图可以评估由于中间层加入而引起的BHJ形态变化，这将会影响载流子复合效率17。此外，EFM和KPFM的跨界面成像可以提供设计中间层所需的信息，使得中间层能够更好地排列从光吸收器到电极的电场和能级。中间层可以通过翻转几何形状或完全封装等方法来提高器件的稳定性。而要模拟设备失效和老化，环境控制功能十分重要，环控功能允许器件被惰性气体包围，并在现实或增强湿度条件下进行实验（图11）。温控是AFM环境控制的另一个重要方面；使用专门的载物台架可以实现高达几百度稳定、精确的温度变化。基于AFM环控功能在微观尺度对于设备稳定性和寿命研究，将推进设备商用化的进程。图 11：表征湿度相关效应P型金属氧化物可以作为有机太阳能电池中有效的空穴提取层，但不同环境条件对它们电学性能的影响尚不完全了解。本研究探究多晶NiOx薄膜在不同环境条件下的电学性能。KPFM结果发现在相对湿度变化时，表面电势呈现出纳米级空间变化。随着相对湿度的增加，表面电势的平均值降低，而形貌特征的平均尺寸增大。这种行为与水在薄膜表面吸附而导致的电荷屏蔽相一致。观察到的表面电势空间不规则性最可能是由于对暴露的不同取向晶粒的不均匀化学吸附引起的。通过Cypher AFM上获取，扫描范围为1微米。数据来源于橡树岭国家实验室纳米材料科学中心18。总结光伏技术的发展正逐渐满足世界日益增长的能源需求。基于钙钛矿和有机半导体的器件也迸发了更多的可能。实现原料丰富、低成本的可再生能源技术已经近在眼前，然而，要实现这一目标，我们需要更先进的表征手段来改进下一代光伏材料。牛津仪器AFM提供了多样模式，可以在黑暗和可变照明下呈现设备纳米级结构和功能响应。结合更高的空间分辨率、更快的成像速度和更完善的环境控制，这些优势将使AFM成为光伏领域不可或缺的工具。通过使用AFM，我们可以更好地了解光伏材料的性能和稳定性，从而为新一代光伏技术的研发提供有力支持。了解更多Asylum网站列举了AFM在常见研究方向中的应用。这些页面包括相关的应用笔记，网络研讨会和选定的出版物。详情请查看：“原子力为纳米尺度电学表征添砖加瓦” –http://AFM.oxinst.com/Nanoelectrical“原子力显微镜对压电铁电研究的进展” – http://AFM.oxinst.com/PFM参考文献1. A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, and W. C. Sinke, Science 352, aad4424 (2016).2. E. M. Tennyson, J. M. Howard, and M. S. Leite, ACSEnergy Lett. 2, 1825 (2017).3. Y. Kutes, Y. Zhou, J. L. Bosse, J. Steffes, N. P. Padture, and B. D. Huey, Nano Lett. 16, 3434 (2016).4. J. Li, B. Huang, E. N. Esfahani, L. Wei, J. Yao, J. Zhao, and W. Chen, npj Quantum Materials 2, 56 (2017).5. N. D. Pham, V. T. Tiong, D. Yao, W. Martens, A. Guerrero, J. Bisquert, and H. Wang, Nano Energy 41, 476 (2017).6. Y. Shao, Y. Fang, T. Li, Q. Wang, Q. Dong, Y. Deng, Y. Yuan, H. Wei, M. Wang, A. Gruverman, J. Shield, and J. Huang, Energy Environ. Sci. 9, 1752 (2016).7. D. Moerman, G. E. Eperon, J. T. Precht, and D. S. Ginger, Chem. Mater. 29, 5484 (2017).8. I. M. Hermes, S. A. Bretschneider, V. W. Bergmann, D. Li, A. Klasen, J. Mars, W. Tremel, F. Laquai, H.-J. Butt, M. Mezger, R. Berger, B. J. Rodriguez, and S. A. L. Weber, J. Phys. Chem. C 120, 5724 (2016).9. J. Ciro, S. Mesa, J. I. Uribe, M. A. Mejia-Escobar, D. Ramirez, J. F. Montoya, R. Betancur, H.-S. Yoo, N.-G. Park, and F. Jaramillo, Nanoscale 9, 9440 (2017).10. J. R. O’Dea, L. M. Brown, N. Hoepker, J. A. Marohn, and S. Sadewasser, MRS Bull. 37, 642 (2012).11. M. Pfannmoeller, W. Kowalsky, and R. R. Schroeder, Energy Environ. Sci. 6, 2871 (2013).12. J. Yuan, M. J. Ford, Y. Zhang, H. Dong, Z. Li, Y. Li, T.-Q. Nguyen, G. Bazan, and W. Ma, Chem. Mater. 29, 1758 (2017).13. A. Gasperini, X. A. Jeanbourquin, and K. Sivula, J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 54, 2245 (2016).14. M. Kocun, A. Labuda, W. Meinhold, I. Revenko, and R. Proksch, ACS Nano 11, 10097 (2017).15. R. Giridharagopal, P. A. Cox, and D. S. Ginger, Acc. Chem. Res. 49, 1769 (2016).16. J. L. Garrett, E. M. Tennyson, M. Hu, J. Huang, J. N. Munday, and M. S. Leite, Nano Lett. 17, 2554 (2017).17.T.-H. Lai, S.-W. Tsang, J. R. Manders, S. Chen, and F. So, Mater. Today 16, 424 (2013).18. C. B. Jacobs, A. V. Ievlev, L. F. Collins, E. S. Muckley, P. C. Joshi, I. N. Ivanov, J. Photonics Energy 6, 038001 (2016).致谢感谢R. Giridharagopal, B. Huey, and H. Phan for valuable discussions and L. Collins, R. Giridharagopal, D. Ginger, A. Gruverman, I. Hermes, B. Huey, J. Huang, I. Ivanov, F. Jaramillo, D. Moerman, N. Pham, Y. Shao, K. Sivula, V. Tiong, H. Wang, S. Weber, and J. Yuan 等人提供的图像支持。

仪器信息网讯 Park原子力显微镜11月14日发布了NX系列新品——Park NX7。Park NX7通过消除扫描器串扰进行准确的XY扫描，操作软件可以帮助初次使用用户和资深用户进行专业的纳米级研究，支持高级样品表征。Park NX7涵盖所有扫描探针显微镜的扫描模式，26种SPM模式包括3种形貌成像、3种介电/压电特性、1种磁学特性、9种电学特性、8种力学特性和2种化学特性模式，拥有极佳的选择兼容性和可升级性。Park NX7 配有Park原子力显微镜顶尖技术，其设计与新型显微镜一样彰显细节品质，可以有效助您取得精准的研究成果。现在价格实惠，是您预算合理下的理想首选。NX系列产品优势:True Non-Contact™模式可延长探针寿命、保护样品和精准测量；高速扫描器可在提高扫描速度的同时提供高解析度图像，为用户提供高效率解决方案；人性化设计的软件和硬件功能，拓展功能齐全。实惠智能Park NX7（点击查看更多仪器信息）概览通过消除扫描器串扰进行准确的XY扫描• 独立闭环XY和Z柔性扫描器• 正交XY扫描• 样品表面形貌信息测量精准，无需软件处理最全面的原子力显微镜解决方案• 涵盖所有扫描探针显微镜的扫描模式• 更智能的NX电子控制器默认启用高级纳米机械测量模式• 拥有业界最佳选择兼容性和可升级性人性化设计的软件和硬件功能• 方便样品或换针的开放式使用• 预对准的探针夹设计，可轻易直观的进行SLD光校准• Park SmartScanTM - 原子力显微镜操作软件可以帮助初次使用用户和资深用户进行专业的纳米级研究。技术信息无扫描器弓形弯曲的平直正交XY轴扫描Park的串扰消除技术不仅改善了扫描器弓形弯曲的缺点，还能够在不同扫描位置，扫描速率和扫描尺寸条件下进行平直正交XY轴扫描。即使最平坦的样品也不会出现如光学平面,各种偏移扫描等背景曲率。因此Park能不惧艰难挑战，为您在研究中提供高精度的纳米测量。 无耦合关系的XY和Z扫描器Park的核心优势在于匠心独运的扫描器架构。基于独立XY扫描器和Z扫描器设计的独特挠曲结构，能让您轻松获得无可比拟的高精度纳米级分辨率数据。 行业领先的低噪声Z探测器Park AFM 配备了该领域最有效的超低噪声Z探测器，噪音水平低于0.02 nm,因而达到了样品形貌成像精准，没有边沿过冲无需校准的高效率。Park NX系列不仅为您提供高精准的数据，更为您最大化地节省了时间成本。 由低噪声Z探测器测量准确的样品形貌• 利用低噪声Z探测器信号进行形貌成像• 有高宽带，Z探测器低噪声只有0.02 nm• 边缘位置无前沿或后沿过冲现象• 只需在原厂校准一次样品: 1.2 μm标准台阶高度(9 μm x 1 μm, 2048 pixels x 128 lines)True Non-Contact™模式可延长探针寿命、保护样品和精准测量True Non-Contact™ 模式是Park原子力显微镜系统独有的扫描模式，通过在扫描过程中防止针尖和样品损坏，从而产生高分辨率和准确的数据。接触模式下，针尖在扫描过程中持续接触样品；轻敲模式下，针尖周期性地接触样品；而在非接触模式下针尖不会接触样品。因此，使用非接触模式具有几大关键优势。由于针尖锐度得以保持，在整个成像过程中会以最高分辨率进行扫描。非接触模式下由于针尖和样品表面不会直接接触，从而避免损坏软样品。 更快速的Z轴伺服使得真正的非接触式原子力显微镜有更精确的反馈• 减少针尖磨损 → 长时间高分辨率扫描• 无损式探针-样品接触 → 样品受损最小化• 可满足各种条件下，对各种样品都能够进行非接触式扫描 此外，非接触模式可以感知探针与样品原子之间的作用力，甚至可以检测到探针接近样品时产生的横向力。因此，在非接触模式下使用的探针可以有效避免撞到样品表面时突然出现的高层结构。而接触模式和轻敲模式只能进行探针底端检测，很容易受到这种撞击伤害。原子力显微镜模式最具扩展性的 AFM 解决方案:行业领先——支持最广泛的SPM模式和选项如今，研究人员需要在不同的测量条件和样品环境下表征广泛的物理特性。 Park Systems能为您提供最广的 SPM 模式、最全的 AFM 选项以及业界最佳的选项兼容性和可升级性，支持高级样品表征。Park NX7拥有最广泛的 SPM 模式形貌成像• 非接触模式• 接触模式• 轻巧模式介电/压电特性• 压电力显微镜(PFM)• 高压PFM• Piezoresponse Spectroscopy磁学特性• 磁力显微镜 (MFM) 电学特性• 导电原子力显微镜 (C-AFM)• 电流-电压分光镜• 开尔文探针力显微镜 (KPFM)• 高压KPFM• 扫描电容显微镜 (SCM)• 扫描扩展电阻显微镜 (SSRM)• 扫描隧道显微镜(STM)• 光电流映射 (PCM)• 静电力显微镜 (EFM) 力学特性• 力调制显微镜 (FMM)• 纳米压痕• 纳米刻蚀• 高压纳米刻蚀• 纳米操纵• 横向力显微镜 (LFM)• 力距(F/d)光谱• 力容积成像化学特性• 具有功能化探针的化学力显微镜• 电化学显微镜 (EC-AFM)技术参数Park NX7 参数ScannerZ扫描器柔性引导高推动力扫描器Z扫描范围: 15 μm (30 μm可选) XY扫描器闭环控制式单模块柔性XY扫描器扫描范围: 50 µm × 50 µm(可选 10 μm × 10 μm 或 100 μm × 100 μm)位移台Z位移台Z位移台行程范围: 28 mm XY位移台XY位移台行程范围: 13 mm X 13 mm 样品架样品大小 : 最大50 mm样品厚度: 最厚20 mm软件SmartScanTMAFM系统控制和数据采集软件智能模式的快速设置和简易成像手动模式的高级使用和更精密的扫描控制 SmartAnalysisTMAFM数据分析软件独立设计—可以安装和分析AFM以外的数据能够生成采集数据的3D绘制 Dimensions in mm

5月24 - 26日，在首届“科学仪器开发者大会”上，致真精密仪器自主研发的原子力显微镜系列产品重磅发布！此次发布的产品包括多功能原子力显微镜（AtomicaPrecision）、晶圆级原子力显微镜（Wafer Mapper-M）。该产品稳定性强、可拓展性良好、提供定制服务；可拓展横向力显微镜、静电力显微镜、磁力显微镜、扫描开尔文探针显微镜、刻蚀和纳米操作等。该产品作为高速、高精度微观形貌表征及综合物性分析工具，可以为高端科研与企业生产研发提供更多的选择与助力。“精彩花絮致真精密仪器携新品亮相展位，莅临的嘉宾们在现场通过亲自参与操作，快速了解产品的核心卖点。体验结束后，表示新产品在性能、操作便捷性等方面都有较好的感受，非常期待未来能够与致真精密仪器展开更深入的合作。致真精密仪器董事长兼首席技术官张学莹博士在大会上作了《高精度扫描探针显微镜的研制和应用》的报告，从原子力显微镜系列新品的开发背景、相关核心技术、多物性分析应用和市场前景等方面对新品进行全面讲解，详细展示了产品在纳米结构高清成像、液下生物细胞成像、高清磁畴（斯格明子）成像、铁电畴成像等方面的精彩效果，引起现场专家学者的浓厚兴趣，获得高度关注。“产品介绍致真精密仪器科研级原子力显微镜AtomicaPrecision产品介绍利用微悬臂探针结构对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征，纵向噪音水平低至0.03 nm(开环），可实现样品表面单个原子层结构形貌图像绘制。可以测量表面的弹性、塑性、硬度、黏着力、磁性、电极化等性质，还可以在真空，大气或溶液下工作，在材料研究中获得了广泛的使用。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 多功能配置● 稳定性强● 可拓展性良好典型案例晶圆级原子力显微镜Wafer Mapper-M产品介绍利用微悬臂探针结构可对导体、半导体、绝缘品等固体材料进行三维样貌表征。样品台兼容12寸晶圆，电动样品定位台与光学图像相结合，可在300X300mm区域实现1μm的定位精度，激光对准，探针逼近和扫描参数调整完全自动化操作。可用于产线，对晶圆粗糙度进行精密测试。设备亮点● 多种工作模式● 适配环境：空气、液相● 可旋转式扫描头● 多功能配置● 稳定性强、可拓展性良好典型案例在新质生产力与大规模设备更新的推动下，国产替代的呼声愈发高涨，已成为行业发展不可逆转的潮流，致真精密仪器一直以来致力于实现高端科技仪器和集成电路测试设备的自主可控和国产替代，通过工程化和产业化攻关，已经研发了一系列磁学与自旋电子学领域的前沿科研设备，包括“原子力显微镜、高精度VSM、MOKE等磁学测量设备、各类磁场探针台、磁性芯片测试机等产线级设备、物理气相沉积设备、芯片制造与应用教学训练成套系统等”等，如有需要，我们的产品专家可以提供免费的项目申报辅助、产品调研与报价、采购论证工作。致真精密仪器拥有强大的自主研发和创新能力，产品稳定精良，多次助力中国科研工作者取得高水平科研成果。我们希望与更多优秀科研工作者合作，持续提供更加专业的技术服务和完善的行业解决方案！欢迎联系我们！除此之外，我们还可以为各位老师提供免费测试服务，有“磁畴测试”、“SOT磁畴翻转”、“斯格明子观测”、“转角/变场二次谐波”、“ST-FMR测量”、“磁控溅射镀膜”等相关需求的老师，可以随时与我们联系。

从北京大学获悉，北京大学江颖教授、徐莉梅教授、王恩哥院士联合研究团队利用自主研发的国产qPlus型扫描探针显微镜，首次获得了六角冰（自然界最常见的冰）表面的原子级分辨图像。该成果5月22日发表于《自然》杂志。团队用进口设备进行了前期探索性工作（上排两张）， 后期用自主研制设备得到了更高质量数据（下排两张）。图片来源：北京大学江颖团队研究人员提供的一组对比图显示，同样是冰表面成像，一张棱角分明，可以清晰展示微观视界中的氢键；而另一张的边界相对模糊，难以分辨细节。“利用我们的国产设备，可以获得更加清晰的成像。”江颖介绍，图中冰表面的五边形、八边形轮廓清晰，而进口设备的成像图较难区分其边数。据介绍，江颖团队长期致力于高分辨扫描探针显微镜的自主研发和应用，创新性地发展出了基于高阶静电力的qPlus扫描探针技术，此前已在国际上率先实现氢核成像。为了突破绝缘体成像难，团队此次开发了一种通用的一氧化碳分子修饰针尖技术，可对各种绝缘体表面实现稳定的原子级分辨成像，并得到比进口设备更高质量的数据。图片来源：北京大学江颖团队《自然》杂志审稿人评价，采用qPlus型扫描探针显微镜对冰表面进行原子级成像是一项重大技术创新；所获得的分辨率在冰表面成像中是前所未有的；该发现将对大气科学、材料科学等多个领域产生深远影响。

项目编号：XHTC-HW-2022-0070、ZZ0008-G22HZ0017项目名称：压电力显微镜预算金额：180.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的物名称数量简要技术参数（采购需求）预算金额（万元）是否接受进口产品采购用途1压电力显微镜1套在原子力显微镜基础上发展起来利用原子力显微镜导电探针检测样品的在外加激励电压下的电致形变量的显微镜等180.0是用于纳米尺度畴结构的三维成像、畴结构的动态研究、畴结构控制和微区压电、铁电、漏电等物理性能表征等领域 合同履行期限：自合同签订之日起30个工作日内或办理完免税后90个工作日内完成供货本项目( 不接受 )联合体投标。

p 　　 strong 扫描隧道显微镜 /strong (scanning tunneling microscope，缩写为STM)，亦称为扫描穿隧式显微镜，是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器。它于1981年由格尔德· 宾宁及海因里希· 罗雷尔在IBM位于瑞士苏黎世的苏黎世实验室发明，两位发明者因此与恩斯特· 鲁斯卡分享了1986年诺贝尔物理学奖。 /p p 　　它作为一种扫描探针显微术工具，扫描隧道显微镜可以让科学家观察和定位单个原子，它具有比它的同类原子力显微镜更加高的分辨率。此外扫描隧道显微镜在低温下(4K)可以利用探针尖端精确操纵原子，因此它在纳米科技既是重要的测量工具又是加工工具。 /p p 　　它主要是利用一根非常细的钨金属探针，针尖电子会跳到待测物体表面上形成穿隧电流，同时，物体表面的高低会影响穿隧电流的大小，针尖随着物体表面的高低上下移动以维持稳定的电流，依此来观测物体表面的形貌。 /p p 　　换句话说，扫描隧道显微镜的工作原理简单得出乎意料。就如同一根唱针扫过一张唱片，一根探针慢慢地通过要被分析的材料(针尖极为尖锐，仅仅由一个原子组成)。一个小小的电荷被放置在探针上，一股电流从探针流出，通过整个材料，到底层表面。当探针通过单个的原子，流过探针的电流量便有所不同，这些变化被记录下来。电流在流过一个原子的时候有涨有落，如此便极其细致地探出它的轮廓。在许多的流通后，通过绘出电流量的波动，人们可以得到组成一个网格结构的单个原子的美丽图片。 /p p 　　 strong 原子力显微镜 /strong (atomic force microscope，简称AFM)，也称扫描力显微镜(scanning force microscopy，SFM))是一种纳米级高分辨的扫描探针显微镜，是由IBM苏黎士研究实验室的比宁(Gerd Binning)、魁特(Calvin Quate)和格勃(Christoph Gerber)于1986年发明的。AFM测量的是探针顶端原子与样品原子间的相互作用力——即当两个原子离得很近使电子云发生重叠时产生的泡利(Pauli)排斥力。工作时计算机控制探针在样品表面进行扫描，根据探针与样品表面物质的原子间的作用力强弱成像。 /p center img alt=" " src=" http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100352076.jpg" height=" 210" width=" 459" / /center p style=" text-align: center " strong 世界上第一台原子力显微镜和发明人之一比宁 /strong /p p 　　以一种简单的方式进行类比，如同一个人利用一艘小船和一根竹竿绘制河床的地形图。人可以站在小船上将竹竿伸到河底，以此判断该点的位置河床的深度，当在一条线上测量多个点后就可以知道河床在这条线上的深度。同样道理绘制多条深度线进行组合，一张河床的地形图就诞生了。与此类似，在AFM工作时的，原子力传感器相当于人和他手中的竹竿，探针顶端原子与样品原子间作用力的大小就相当于竹竿触及河底时水面下的长度。这样，在一艘小船(控制系统)的控制下进行逐点逐行的扫描，AFM就可以绘制出一张显微图像啦。 /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://www.kepu.net.cn/gb/special/hydrogenbond/basicknowledge/201312/W020140613331100358209.jpg" height=" 283" width=" 388" / /center p style=" text-align: center " strong 普通原子力显微镜的原理示意图 /strong /p p 　　原理解释起来并不算十分复杂，但是AFM的发明、使用与改进汇聚了大批科学家们的辛劳努力和创造性思维。特别是拍摄到氢键实空间图像所使用的非接触式原子力显微镜，经过分子沉积、温度控制、防振、探针、真空、控制系统等多方面的摸索与改造才最终具有如此强大的分辨能力。 /p p & nbsp & nbsp & nbsp strong 1 基本原理 /strong br/ /p p 　　原子力显微镜的基本原理是：将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品表面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面而在垂直于样品的表面方向起伏运动。利用光学检测法或隧道电流检测法，可测得微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。 /p p 　　 strong 2 /strong strong 成像模式 /strong /p p 　　原子力显微镜的主要工作模式有静态模式和动态模式两种。在静态模式中，悬臂从样品表面划过，从悬臂的偏转可以直接得知表面的高度图。在动态模式中，悬臂在其基频或谐波或附近振动，而其振幅、相位和共振与探针和样品间的作用力相关，这些参数相对外部参考的振动的改变可得出样品的性质。 /p p 　　1） strong 接触模式 /strong /p p 　　在静态模式中，静态探针偏转用做反馈信号。因为静态信号的测试与噪音和偏移成正比，低硬度探针用来增强外偏转信号。然而，因为探针非常接近于样品的表面，吸引力非常强导致探针切入样品表面。因此静态原子力显微镜几乎都用在总使用力为排斥力的情况。结果，这种技术经常被叫做“接触模式”。在接触模式中，扫描过程时保持探针偏转不变来使其探针和样品表面的作用力保持恒定。 /p p 　　2） strong 非接触模式 /strong /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/AFM_noncontactmode.jpg" height=" 291" width=" 350" / /center p style=" text-align: center " strong 原子力显微镜非接触模式 /strong /p p 　　在这种模式下，悬臂上的探针并不接触样品表面，而是以比其共振频率略高的频率振动，振幅通常小于几纳米。范德华力在探针距离表面样品1~3纳米时最强，它与其他在表面上的长程力会降低悬臂的振动频率。 /p p 　　通过调整探针与样品间的平均距离，频率的降低与反馈回路一起保持不变的振动频率或振幅。测量(x,y)每个数据点上的探针与样品间的距离即可让扫描软件构建出样品表面的形貌。 /p p 　　在接触模式下扫描数次通常会伤害样品和探针，但非接触模式则不会，这个特点使得非接触模式通常用来测试柔软的样品，如生物组织和有机薄膜 而对于坚硬样品，两个模式得到的图像几乎一样。然而，如果在坚硬样品上裹有一层薄膜或吸附有流体，两者的成像则差别很大。接触模式下探针会穿过液体层从而成像其下的表面，非接触模式下则探针只在吸附的液体层上振动，成像信息是液体和下表面之和。 /p p 　　动态模式下的成像包括频率调制和更广泛使用的振幅调制。频率调制中，振动频率的变化提供探针和样品间距的信息。频率可以被非常灵敏地测量，因此频率调制使用非常坚硬的悬臂，因其在非常靠近表面时仍然保持很稳定 因此这种技术是第一种在超高真空条件下获得原子级分辨率的原子力显微镜技术。振幅调制中，悬臂振幅和相位的变化提供了图像的反馈信号，而且相位的变化可用来检测表面的不同材料。 振幅调制可用在非接触模式和间歇接触领情况。在动态接触模式中，悬臂是振动的，以至悬臂振动悬臂探针和样品表面的间距是调制的。[来源请求]振幅调制也用于非接触模式中，用来在超高真空条件下使用非常坚硬的悬臂和很小的振幅来得到原子级分辨率。 /p p 　　 strong 3）轻敲模式 /strong /p p 　　 /p center img alt=" " src=" http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/72/Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg/285px-Single-Molecule-Under-Water-AFM-Tapping-Mode.jpg" height=" 215" width=" 190" / /center p style=" text-align: center " strong 在不同的pH的溶液环境中使用轻敲模式得到的高分子单链的原子力显微镜图(0.4 nm 厚) /strong /p p 　　通常情况下，绝大部分样品表面都有一层弯曲液面，为此非接触模式下使探针足够靠近样品表面从而可以测试短程力，但是此时探针又容易粘贴到样品表面，这是经常发生的大问题 动态模式就是为了避免此问题而发明的，又叫做间歇接触模式(intermittent contact)、轻敲模式(tapping mode)或AC模式(AC Mode)。在轻敲模式中，悬臂通过类似于非接触下的装载在探针上的微小的压电元件做来上下振动，频率在其共振频率附近，然而振幅则远大于10纳米，大概在100~200纳米间。当探针越靠近样品表面时，探针和样品表面间的范德华力、偶极偶极作用和静电力等作用力会导致振幅越来越小。电子自动伺服机通过压电制动器来控制悬臂和探针间的距离，当悬臂扫描样品表面时，伺服机会调整探针和样品间距来保持悬臂的预设的振幅，而成像相互作用力则得到原子力显微镜轻敲模式图像。轻敲模式减少了接触模式中对样品和探针和损伤，它是如此的温和以致于可以成像固定的磷脂双分子层和吸附的单个高分子链。比如液相的0.4纳米厚的合成聚合物电解质，在合适的扫描条件下，单分子实验可以在几小时内保持稳定。 /p p 　　 strong 3 优点与缺点 /strong /p p 　　相对于扫描电子显微镜，原子力显微镜具有许多优点。不同于电子显微镜只能提供二维图像，AFM提供真正的三维表面图。同时，AFM不需要对样品的任何特殊处理，如镀铜或碳，这种处理对样品会造成不可逆转的伤害。第三，电子显微镜需要运行在高真空条件下，原子力显微镜在常压下甚至在液体环境下都可以良好工作。这样可以用来研究生物宏观分子，甚至活的生物组织。他就像盲人摸象一样，在物体的表面慢慢抚摸，原子的形状很直观的表现。 /p p 　　和扫描电子显微镜相比，AFM的缺点在于成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大。 /p

center img style=" width: 285px height: 300px " title=" " alt=" " src=" http://upload.jxntv.cn/2018/0515/1526343227397.jpg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 285" / /center p 　　钠离子水合物的亚分子级分辨成像。从左至右，依次为五种离子水合物的原子结构图、扫描隧道显微镜图、原子力显微镜图和原子力成像模拟图。图像尺寸：1.5 nm × 1.5 nm。 /p center img style=" width: 402px height: 300px " title=" " alt=" 中国科学家首次揭示水合离子的微观结构" src=" http://img002.21cnimg.com/photos/album/20180515/m600/35DDA1DE9EDE6FF980557BE1E5589178.jpeg" height=" 300" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 402" / /center p 　　5月14日，在中科院物理研究所会议室举行的发布会上，北京大学物理学院教授江颖(左)和中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥（右）在回答记者提问。新华社记者 金立旺 摄 /p p 　　5月14日电，北京大学和中国科学院的一支联合研究团队日前利用自主研发的高精度显微镜，首次获得水合离子的原子级图像，并发现其输运的“幻数效应”，未来在离子电池、海水淡化以及生命科学相关领域等将有重要应用前景。该成果于北京时间14日由国际顶级学术期刊《自然》在线发表。 /p p 　　水是人类熟悉但并不真正了解的一种物质。水与溶解其中的离子结合在一起形成团簇，称为水合离子，盐的溶解、大气污染、生命体内的离子转移等都与水合离子有关。19世纪末科学家就开始相关研究，但由于缺乏原子尺度的实验手段以及精准可靠的计算模拟方法，水合离子的微观结构和动力学一直是学术界争论的焦点。 /p p 　　中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥与北京大学物理学院教授江颖带领课题组，在实验中首次获得了单个的水合离子，随后通过高精度扫描探针显微镜，得到其原子级分辨图像。这是一百多年来人类首次直接“看到”水合离子的原子级图像。 /p p 　　“观测到了最小的原子——氢原子，几乎已经达到极限，可以对原子核与电子的量子效应同时进行精确描述。”王恩哥说。 /p p 　　经过高精度观测，中国科学家还发现了水合离子的“幻数效应”，即包含3个水分子的钠离子水合物在表面上具有异常高的扩散能力。江颖介绍，该研究结果意味着，可以选择性增强或减弱某种离子的输运能力，在离子电池、防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等应用领域具有重要的潜在意义。 /p p 　　“比如，可以通过对离子电池的电极材料进行界面调控，借助‘幻数效应’提高离子的传输速率，从而缩短充电时间和增大电池功率。”江颖说。 /p p 　 strong 　1.研发显微镜核心部件和方法，达到原子水平观测的极限 /strong /p p 　　这项工作的突破之一，是在国际上首次得到了水合钠离子的原子级分辨图像。中国科学院院士、北京大学讲席教授王恩哥说：“这可能就是原子水平观测的极限了。” /p p 　　为了得到这幅图像，科学家们面临着两个挑战：第一步，如何人工制备单个离子水合物?制作离子水合物非常容易——把盐倒入水中溶解就可以了——但它们相互聚集、相互影响，水合结构也在不断变化，要得到适合扫描探针显微镜研究的单个离子水合物是一件非常困难的事。 /p p 　　第二步，如何给离子水合物拍个原子级照片?实验制备出单个离子水合物团簇后，接下来需要通过高分辨成像弄清楚其几何吸附构型，也就是给它们拍个“原子照片”——由于离子水合物属于弱键合体系，比水分子团簇更加脆弱，因此针尖很容易扰动离子水合物，从而无法得到稳定的图像。 /p p 　　科学家们在之前研究的基础上，对扫描探针显微镜做了改造，自主研制了关键核心设备。这一研究的主要完成人、北京大学物理学院教授江颖介绍，为了制备单个离子水合物，他们基于扫描隧道显微镜发展了一套独特的离子操控技术，以制备单个离子水合物。江颖说：“首先用非常尖锐的金属针尖在氯化钠薄膜表面吸取一个氯离子，这样便得到氯离子修饰的针尖和氯离子缺陷。然后用氯离子针尖将一个水分子拉入到氯离子缺陷中，再将针尖靠近缺陷最近邻的钠离子，水平拉动钠离子，将钠离子拔出吸附在针尖上。最后用带有钠离子的针尖扫描水分子，从而使钠离子脱离针尖，与水分子形成含有一个水分子的钠离子水合物。通过拖动其他水分子与此水合物结合，即可依次制备含有不同水分子数目的钠离子水合物。” /p p 　　为得到离子水合物的“原子照片”，并保证不对其产生扰动，研究人员发展了基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术，可依靠极其微弱的高阶静电力扫描成像。江颖给记者展示了图片：“这是国际上首次在实空间得到离子水合物的原子层次图像，从图中可以看到，不仅水分子和离子的吸附位置可以精确确定，就连水分子取向的微小变化都可以直接识别。” /p p 　　 strong 2.离子水合物的幻数效应有什么用 /strong /p p 　　江颖介绍，为了进一步研究离子水合物的动力学输运性质，研究人员利用带电的针尖作为电极，通过非弹性电子激发控制单个水合离子在氯化钠表面上的定向输运，发现了一种有趣的幻数效应：包含有特定数目水分子的钠离子水合物具有异常高的扩散能力，迁移率比其他水合物要高1~2个量级，甚至远高于体相离子的迁移率。 /p p 　　结合第一性原理计算和经典分子动力学模拟，他们发现这种幻数效应来源于离子水合物与表面晶格的对称性匹配程度。具体来说，包含1、2、4、5个水分子的离子水合物总能通过调整找到与氯化钠衬底的四方对称性晶格匹配的结构，因此与衬底束缚很紧，不容易运动 而含有3个水分子的离子水合物，却很难与之匹配，因此会在表面形成很多亚稳态结构，再加上水分子很容易围绕钠离子集体旋转，使得离子水合物的扩散势垒大大降低，迁移率显著提高。 /p p 　　江颖说：“我们可能都给孩子玩过按照空洞填积木的游戏，这个实验有点类似。氯化钠衬底就是预留好不同几何形状空洞的底板，而离子水合物就是这些积木，它周围结合的水分子数目决定了积木的几何形状。我们发现，包含1、2、4、5个水分子的水合物总能在底板上找到对应的空洞稳定下来，但含有3个水分子的离子水合物却没有合适的地方，只能浮在表面不停运动。” /p p 　　有评论认为，这一发现会在很多领域得到应用，“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径，并可以拓展到其他水合体系”。 /p p 　　江颖举了几个例子。比如生物离子通道的研究，“我们知道，人类的嗅觉、味觉、触觉等是靠生物离子通道来实现的。离子在这些通道中的输运速度非常高，而且在离子的筛选上有很强的特定性，从来不会乱套。过去我们认为这种高速度和特定性主要是由离子通道的大小决定的，但我们的研究结果对这个认知提出了挑战。生物离子通道的内壁结构有很多微观细节，或许是因为细节的不同，导致了不同的幻数效应，才出现了离子输运的选择性和高效性。”再比如离子电池的研究，“我们可以通过对电极材料表面的调控和裁剪，提高离子的传输速度，实现缩短充电时间、提升电池功率等目标。” /p p 　　王恩哥表示，这一研究是理论与实验相结合的范例，是科学家们在一个方向上持续不断研究的结果，“我们将在这个方向上持续努力下去，也希望其他学者参与进来，让我们对水、对水合物体系有更深入的了解”。 /p p 　 strong 　3.水合离子变得可以操控，能为我们带来什么? /strong /p p 　　据了解，这项研究工作得到了《自然》杂志三个不同领域审稿人的一致好评和欣赏。他们认为，该工作“会马上引起理论和应用表面科学领域的广泛兴趣”，“为在纳米尺度控制表面上的水合离子输运提供了新的途径并可以拓展到其他水合体系”。 /p p 　　王恩哥院士介绍，“该项研究的结果表明，我们可以通过改变材料表面的对称性和周期性，来实现选择性增强或减弱某种离子输运能力的目的。这对很多相关的应用领域都具有重要的潜在意义。” /p p 　　比如可以研发出新型的离子电池。江颖告诉记者，现在我们所使用的锂离子电池，其电解液一般是由大分子聚合物组成，而基于这项最新的研究，将有可能开发出一种基于水合锂离子的新型电池。“这种电池将大大提高离子的传输速率，从而缩短充电时间和增大电池功率，更加环保、成本也将大幅降低。” /p p 　　另外，这项成果还为防腐蚀、电化学反应、海水淡化、生物离子通道等前沿领域的研究开辟了一条新的途径。同时，由该工作发展出的高精度实验技术未来还有望应用到更多更广泛的水合物体系。 /p center img style=" width: 450px height: 292px " title=" " alt=" 中国科学家首次揭示水合离子的微观结构" src=" http://img001.21cnimg.com/photos/album/20180515/m600/54A9FE512CB7D9448952615F391BE431.jpeg" height=" 292" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /center p 　　5月14日，在中科院物理研究所会议室举行的发布会上，中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥在介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄 /p center img style=" width: 450px height: 338px " title=" " alt=" 中国科学家首次揭示水合离子的微观结构" src=" http://img003.21cnimg.com/photos/album/20180515/m600/EAAEBB34B6CC5E08C49B2CBB7DE0F7A0.jpeg" height=" 338" hspace=" 0" border=" 0" vspace=" 0" width=" 450" / /center p 　　5月14日，在中科院物理研究所会议室举行的发布会上，北京大学物理学院教授江颖(左)和中科院院士、北京大学讲席教授王恩哥在回答记者提问。新华社记者 金立旺 摄 /p center img alt=" 中国科学家首次揭示水合离子的微观结构" src=" http://img003.21cnimg.com/photos/album/20180515/m600/A35A5DB342D4F1E05F79EE99F887BD42.jpeg" height=" 600" width=" 439" / /center p 　　5月14日，在中科院物理研究所会议室举行的发布会上，北京大学物理学院教授江颖在介绍研究成果。新华社记者 金立旺 摄 /p

仪器信息网、中国电子显微镜学会（对外名义）联合报道：2022年11月26日，由电镜学会电子显微学报编辑部主办、南方科技大学承办的“2022年全国电子显微学学术年会”在广东省东莞市顺利召开。大会为期三天，采用线下+线上直播方式进行，吸引来自高校院所、企事业单位等电子显微学领域专家学者三千余人次线上线下参会。本届年会线上+线下邀请报告达约500个，是国内电子显微学领域最具影响力的学术盛会。大会线下会场11月26-27日上午进行大会报告，26-27日下午及28日全天同时进行12个不同电镜主题的分会场报告。26日下午，四大仪器技术及应用相关主题分会场线上、线下同步开启，分别是第一分会场——显微学理论、技术与仪器发展，第二分会场——原位电子显微学表征，第六分会场——扫描探针显微学（STM/AFM等），第七分会场——扫描电子显微学表征（含EBSD）。当日，这四大分会场共进行了约40场报告。以下为部分报告集锦，以飨读者。第一分会场：显微学理论、技术与仪器发展现场直击部分报告：报告人：浙江大学 张益旭 博士研究生报告题目：扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器研制进展张益旭博士在报告中汇报了扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器的研制进展。张益旭所在团队通过优化加热丝结构，提高加热效率，从而减少了热电子释放、增加了使用寿命；设计了高温二次电子探测器，改进了闪烁体性能，提高了高温成像能力；实现在1500℃原位高温成像，高温成像分辨率可达40.78nm。报告人：华中科技大学 张智 副教授报告题目：钠离子电池负极材料的原位透射电镜研究尽管钠离子的较大质量和较大半径使得钠离子电池的质量能量密度和体积能量密度无法完全与锂离子电池相媲美，但其在中低速电动交通、多功能储能设备等领域也具有很多应用场景。对此，张智所在团队通过利用原位TEM对钠离子电池负极材料进行了研究。结果表明，在钠化过程中多壁碳纳米管宽度出现非常规的减小、最后断裂。这可能是由于Na+的插层导致MWCNT晶格的坍塌和焦耳热效应导致的碳损失；原位力学实验表明，原始MWCNT具有良好的力学性能，而钠化导致了MWCNT的脆性；原位结果为研究MWCNT在钠离子电池中的失效机制提供了新的见解，并为其未来的应用提供了指导。第二分会场——原位电子显微学表征现场直击部分线上报告：报告人：清华大学 孟繁琦报告题目：原位电镜助力先进功能材料开发——LaCoOx薄膜新奇物性与结构演变研究近年来，钙钛矿型结构材料基于其独特的性能优势已在光催化、太阳能电池与光学热防护方面取得了显著进展，这些材料的有效应用与其微观结构密切相关。钙钛矿中的氧空位已成为物性调控的新自由度。对此，孟繁琦所在团队发现了近室温铁磁绝缘性的LaCoO2.5新相，并研究了应力/热场对LaCoOx氧空位通道取向的调控。孟繁琦在报告中表示，原位实验助力先进功能材料开发让科学变得简单。报告人：郑州大学 王文 副教授报告题目：气-液-固三相反应的原位透射电子显微学研究王文所在团队实现了Au纳米棒的可控刻蚀，系统地揭示了纳米棒刻蚀机制；在液体池中设计固-液-气三相反应，发现当O2纳米气泡与Au纳米棒之间距离小于临界距离时，反应速率迅速提高一个量级以上，结合实验结果与分子动力学模拟在纳米尺度提出三相反应的具体路径；研究了电解水纳米气泡成核位点、生长动力学、脱附临界尺寸、速度；以Au@Ag纳米棒为基底通过“刻蚀-析出” 生长AgCl纳米片，揭示了纳米片生长动力学与反应条件的关系及纳米片最终形貌的影响因素。第六分会场——扫描探针显微学（STM/AFM等）部分报告：报告人：北京航空航天大学 钱建强 教授报告题目：小波变换在多频静电力显微镜动态测量中的应用静电力显微镜(EFM)具有较高的灵敏度和空间分辨率，在新能源材料静电性质的测量中被广泛应用。时间分辨静电力显微镜技术主要用于材料的动态电学性质测量，该技术中常用的泵浦探测方法存在设备装置复杂、成本昂贵、测量存在不确定性等问题。钱建强所在团队采用直接时域测量方法，减小了测量的实现复杂度，通过应用多频激励或者激励悬臂高阶模态的方法实现了EFM多种参数同时测量和时间分辨率的提高，达到了微秒级的时间分辨率，并应用小波变换对测量得到的探针信号进行分析，实现了对材料动态电学性质的提取。通过应用该技术进行仿真实验，实现了对模拟样品电势衰减过程中的动态电势变化和模拟电池放电过程中的离子运动特征时间等性质的测量。报告人：中国科学技术大学 邵翔 教授报告题目：ZnO表面的分子间相互作用 邵翔所在团队利用低温STM研究了多种碳氢、碳水小分子在ZnO(10-10)表面的吸附。较强的吸附物种H20，CO2等往往在表面形成沿[0001]方向取向的一维链式结构。分子的表面一维结构主要由表面局域电荷的特异性分布，以及表面固有偶极场的方向决定。预吸附分子的一维结构通过在表面构筑围栏，或者通过表面介导作用增强弱吸附分子的吸附。表面预吸附物种同时能显著增强金属原子与ZnO表面的作用，进而诱导金属分散成单原子或者尺寸较小的团簇结构，有助于提升金属催化剂的性能。第七分会场——扫描电子显微学表征（含EBSD）现场直击部分报告：报告人：国仪量子（合肥）技术有限公司 曹峰 副总经理报告题目：基于带电粒子追踪与蒙特卡洛方法的低真空SEM电子探测器仿真分析及其在扫描电镜中的应用低真空信号电子探测器主要利用在外加电场作用下信号电子雪崩倍增实现信号放大和探测。国仪量子研发团队计算了低真空信号探测器工作时的的雪崩倍增放电过程。雪崩倍增效应的强弱取决于电场分布、气压大小和电极距离等诸多因素，在报告中所示的几种工程上可实现的工况下计算得出信号电流可放大到30-40倍。实际测试与计算结果呈现出一致性。根据该计算模型，可以对不同工况下的电流放大作用进行预测，从而对低真空条件下的信号探测器的布局和构型设计提供有意义的指导。报告人： 东北大学 石锋 副教授报告题目： 晶界工程改善高氮奥氏体不锈钢应力腐蚀和腐蚀疲劳性能奥氏体不锈钢具有塑性好、韧性好和无磁性等优点。含镍的奥氏体不锈钢却存在镍资源短缺、身体过敏反应和强度低等缺点，而高氮无镍奥氏体不锈钢在成本、力学性能、腐蚀性能、抗氧化性、抗磨损性等方面优势显著。石锋在报告中汇报了其团队通过晶界工程改善高氮奥氏体不锈钢应力腐蚀和腐蚀疲劳性能方面的成果。结果表明，在高氮无镍奥氏体不锈钢中通过合适的形变热处理工艺获得晶粒尺寸相近，但GBE优化参数差异较大的GBE和non-GBE样品；在实验钢中J2或J3型三叉节点可以有效阻碍应力腐蚀和腐蚀疲劳过程中裂纹的沿晶扩展，从而提高了实验用钢的抗晶间应力腐蚀开裂和腐蚀疲劳性能。微信扫码进入大会官方网站，查看大会详细日程并线上观看会议直播：

一、项目基本情况项目编号：JSZC-320100-SMDY-G2024-0082项目名称：生物育种钟山实验室建设第一批设备采购项目预算金额：1585.000000万元（采购包1：480.000000万元；采购包2：400.000000万元；采购包3：255.000000万元；采购包4：450.000000万元）最高限价（如有）：1585万元采购需求：分包号分包名称数量（套）简要技术要求★合同履行期限预算金额（万元/人民币）是否接受进口产品1双光子激光共聚焦显微镜1详见招标文件第四章招标技术规格及要求合同签订后180天内交货480.00是2120kv透射电子显微镜1合同签订后10个月内交付400.00是3气相色谱-高分辨率静电场轨道阱联用系统1合同签订后120天内交付255.00是4超高效液相色谱质谱联用成像系统1合同签订后180天内交货450.00是合同履行期限：详见采购需求本项目（是/否）接受联合体投标：否二、获取招标文件时间：2024年8月23日至2024年8月30日，每天上午09:00至11:30，下午14:00至17:30（北京时间，法定节假日除外）；若潜在投标人未能在购买招标文件的截止时间之前向采购代理机构购买，则其投标将被拒绝。地点：江苏苏美达仪器设备有限公司，南京市长江路198号14楼方式：具体要求详见其他补充事宜售价：0.00元三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息采购包1、采购包2、采购包3、采购包4单位名称：生物育种钟山实验室单位地址：南京市玄武区童卫路5号8号楼513联系人：任润生联系电话：199519876082.采购代理机构信息（如有）单位名称：江苏苏美达仪器设备有限公司单位地址：南京市长江路198号联系人：谭一凡联系电话：025-845325473.项目联系方式项目联系人：谭一凡电话：025-84532547

p style=" text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 仪器信息网讯 /span /strong span style=" text-indent: 2em " 近日，RMS(Royal Microscopical Society，英国皇家显微学会)公布了该学会2021年奖牌系列的六名获奖者。 /span span style=" text-indent: 2em " 该奖项由涵盖了其显微学的不同科学部门颁发。 /span span style=" text-indent: 2em " 今年的获奖者从众多的提名者中脱颖而出，其中包括了国际显微镜研究领域的那些领先人物。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 268px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/474b4f11-23c3-4085-87df-6c305cb3d5fc.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" width=" 600" height=" 268" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 六位获奖者中的五位将被邀请参加mmc2021（Microscience Microscopy Congress 2021，2021显微科学会议）发表演讲，并接受奖牌。第六位奖牌得主（流式细胞技术）将受邀在2021年秋天的流式细胞技术会议上发表演讲。 /span /p p style=" text-indent: 2em " strong RMS主席Grace Burke教授 /strong 表示：“热烈祝贺我们六个科学部门选出的每一位获奖者。我希望他们通过显微镜在生命科学和物理科学中的各种应用，在促进科学理解的工作中继续取得成功。” /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 获奖名单如下： /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 光学显微镜奖章 /strong – Philipp Kukura教授 /p p style=" text-indent: 2em " strong 电子显微镜Alan Agar奖章 /strong -Alexandra Pacureanu博士 /p p style=" text-indent: 2em " strong 生命科学奖章 /strong –Yanlan Mao博士 /p p style=" text-indent: 2em " strong 工程与物理应用显微镜创新奖章 /strong -Wing Chung Tsoi博士 /p p style=" text-indent: 2em " strong 原子力显微镜与扫描探针显微镜奖章 /strong – Laura Fumagalli博士 /p p style=" text-indent: 2em " strong 流式细胞仪奖章 /strong – Gert Van Isterdael /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/7397020c-c1b3-4b4f-ba27-5f40f65ed2c8.jpg" title=" Prof-Philipp-Kukura.jpg" alt=" Prof-Philipp-Kukura.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Philipp Kukura教授–光学显微镜奖章 /span /p p style=" text-indent: 2em " Philipp是牛津大学的化学教授。迄今为止，在他的整个职业生涯中，他表现出非凡的创造力，生产力和突破生物物理学界普遍认为的光学技术极限的勇气。他的工作为我们在生命科学中使用光学显微镜的方式开辟了全新的可能性。在光谱学和纳米光学技术方面取得突破之后，在担任现任组长之前，Philipp现在已经开发出一种使用光学显微镜测量单分子质量的全新方法-质量光度法（Mass photometry）。 /p p style=" text-indent: 2em " Philipp团队于2014年首次展示iSCAT足够灵敏，可以检测和成像单个蛋白质，而无需任何标签或其他信号增强策略。同时，该团队意识到，所产生的信号强度与生物分子的质量大致成正比，原则上提供了一种进行质量测量的手段（尽管人们完全不清楚在多大程度上可以达到足够的信噪比，或者，即使这些是可以实现的——所得到的测量结果是否足够定量未知）。 /p p style=" text-indent: 2em " 尽管如此，到2018年，该团队设法将灵敏度提高了几个数量级，最终促成了质量光度法的出现。质量光度法确实是开创性的， 这也是单分子光学方法的首次展示，这种方法既通用又特殊，因为不需要标记，所获得的信息提供了生物分子的身份和结构的直接信息。此外，测量单个分子去掉了整体平均，这样就可以直接评估异质性。 /p p style=" text-indent: 2em " 自2018年4月首次发表以来，该团队现已证明了质量光度法在评估结构生物学和体外科学的样品纯度方面的巨大适用性，并将其扩展到核酸和膜蛋白，并展示展示量化蛋白质相互作用的新方法。这些研究，再加上质量光度法背后的基本概念，很将可能使这一发现在光学显微镜领域成为一个真正杰出的发现。 /p p style=" text-indent: 2em " Philipp在实现这些理论、概念性突破的同时，还通过将仪器商业化（Refeyn OneMP仪器）提供给更广泛的研究领域，从而最大程度地发挥了其发现的影响。最初出版仅两个月后，Philipp创立了Refeyn Ltd.，在不到两年的时间里，该公司已发展为拥有30多名员工，并且在全球范围内的学术实验室和制药实验室安装了30多台Refeyn OneMP仪器。这既表明了基础技术的价值，也达成了对确保其广泛传播和影响的承诺。 /p p style=" text-indent: 2em " RMS光学显微镜组主席Gail McConnell教授说：“我们很高兴将这一奖章授予Philipp，他的许多成就使他特别适合该奖项。” /p p style=" text-indent: 2em " “他提出了光学显微镜的全新应用，远远超出了五年前我们所想象的范围，并且在未来的生命科学研究和诊断领域具有巨大的潜力。” /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/f77a1153-68d3-43b7-8dcf-121b3380c5f0.jpg" title=" Wing-Chung-Tsoi.jpg" alt=" Wing-Chung-Tsoi.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " & nbsp span style=" text-indent: 2em " Wing Chung Tsoi博士–工程与物理科学应用显微镜创新奖章 /span /span /p p style=" text-indent: 2em " Wing Chung Tsoi博士是英国斯旺西大学的高级讲师。他于2014年下半年开始进行独立研究，在短短几年内，他的团队目前在基于拉曼系统的新技术和先进技术的开发上处于国际领先地位。。 /p p style=" text-indent: 2em " 他最有代表性的作品是2019年发表的“通过高分辨率多重映射技术揭示的介观钙钛矿型太阳能电池渗透和电子接触的变化”，展示了如何以简单的方式修改商业拉曼系统，使其能够在同一采样位置同时执行多种类型的映射。这项新功能使人们对局部形貌（例如局部缺陷）与器件（例如可印刷太阳能电池）的局部特性和功能之间的关系有了更深入的了解，并有助于提高器件的性能。 /p p style=" text-indent: 2em " 该技术已经产生了很好的影响。一种制图技术（光电流）已帮助Renishaw为其开发了一种软件，该软件现已商业化。这项技术也帮助吸引了来自Armor(一家领先的有机太阳能电池公司)的资助来支持EngD的学生。 /p p style=" text-indent: 2em " Tsoi博士领导的另一项先进技术是原位拉曼光谱技术的演示，以研究材料/设备（例如可印刷太阳能电池）的稳定性。这项研究“通过拉曼光谱法研究光伏器件中嵌入的钙钛矿半导体层的降解和均匀性”已在Phys. Chem.上发表。在此，气体环境、温度和湿度可以原位控制，以促进对环境因素对薄膜/器件（尤其是“嵌入”层）稳定性的影响的理解。该论文被Linkam Scientific评选为“本月最佳论文”。 /p p style=" text-indent: 2em " 工程与物理科学委员会主席RolandKrö ger教授说：“Tsoi博士因其在这一领域的开创性工作而享誉国际，应得到这一殊荣。多种制图技术与原位测量的轻松集成可以为材料/器件科学研究的发展提供很大帮助。” /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/ffb05a53-8cad-4b71-8d4d-7b4b029527a9.jpg" title=" Laura-Fumagalli.jpg" alt=" Laura-Fumagalli.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Laura Fumagalli博士–原子力显微镜和扫描探针显微镜奖章 /span /p p style=" text-indent: 2em " Laura Fumagalli博士于2015年被任命为英国曼彻斯特大学讲师。她是原子力显微镜在纳米尺度上定量测量材料物理性质的世界领先者之一，该技术可以定量测量纳米级材料的物理特性，特别是在AFM的开发方面，可以使用皮秒精度的静电力显微镜来测量材料的介电特性（L Fumagalli et at, Nature Materials, 2012, vol. 11, 808–816）。她的发表成果令人印象深刻，并且自2018年以来一直是ERC合并者资助的 “二维液体细胞介电显微镜”获得者。 /p p style=" text-indent: 2em " 也许她最重要的工作是证明界面处的水层具有异常低的介电常数-该工作证明了原子力显微镜在理解纳米级复杂物理现象方面的能力。 /p p style=" text-indent: 2em " 长期以来人们一直怀疑水在与其他材料的界面处的介电常数较低，但没人知道具体低多少。知道纳米级水的介电常数的正确值对于从电化学到新电池的开发，理解和建模蛋白质以及DNA的功能和结构等一系列广泛的问题都很重要。介电常数给出了分子的电偶极子在电场中定向的程度的量度。水是一种高度极性的物质，所以尽管分子可以很容易地在一个电场中调整方向，但它们在表面的排列可以被抑制，潜在地降低界面水的介电常数在接近表面的体积水中发现的值。为这些效应确定确切的值是实验所无法达到的。 /p p style=" text-indent: 2em " Laura指导了一项实验，以测量封闭在纳米通道中的水。通道是由Andre Geim开发的技术制造而成，将石墨和六方氮化硼的原子平面晶体结合在一起。这些通道的厚度只有1纳米，因此只能容纳几层水。在非常密闭的水中测得的介电常数值只有2，这是一个令人惊讶的异常低的值，这与散装水的异常高的介电常数（大约80）形成了鲜明的对比。 /p p style=" text-indent: 2em " 小组主席Sonia Contera教授说：“我们很高兴将此奖章授予Laura。她确实是该领域的世界领先人物之一，并为推进原子力显微镜在纳米尺度测量材料物理特性方面的应用做出了大量贡献。” /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/c115b4c7-cc76-4198-a292-9fac94706944.jpg" title=" Gert-Van-Isterdael.jpg" alt=" Gert-Van-Isterdael.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Gert Van Isterdael–流式细胞技术奖章 /span /p p style=" text-indent: 2em " Gert在学术成果、专业背景和教学活动等方面，对流式细胞技术和成像细胞技术领域一直在做出巨大贡献。作为VIB的流式细胞仪经理，Gert运营着国际知名的先进研究机构，该机构开发并应用许多流式细胞仪应用来研究生物学的各个方面，并积极参与过敏、哮喘和癌症的研究项目。 Gert一直在与VIB合作，以开发Flow Manager的角色，并建立业务战略，以为VIB科学家的长期利益提供最先进的服务。 /p p style=" text-indent: 2em " Gert作为ISAC的积极成员，正在积极地为流式细胞术界做出贡献，目前是新兴领导者计划的成员 在各种会议上，他主持会议，参加论坛讨论，并积极参与讨论。Gert特别热衷于并积极地参与到发展细胞仪领域的自动化分析技术技能的活动中。 /p p style=" text-indent: 2em " RMS流式细胞技术组主席Derek Davies先生说：“ Gert已成为流式细胞术界的重要人物，他不仅管理着世界知名的流式细胞术设施，而且通过他的学术成果、教学活动和发展他人技能，在许多方面做出贡献。我们很高兴宣布他为该奖项的获得者。” /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/39fec6a0-3c66-4e42-a637-589224f93eb3.jpg" title=" Dr-Yanlan-Mao.jpg" alt=" Dr-Yanlan-Mao.jpg" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Yanlan Mao博士–生命科学奖章 /span /p p style=" text-indent: 2em " RMS非常高兴地宣布，Yanlan Mao博士获得了学会2021年生命科学奖章的获得者。 /p p style=" text-indent: 2em " 该奖项表彰了Mao博士对我们理解细胞和组织在发育过程中如何形成和组织的重要贡献。 /p p style=" text-indent: 2em " 自五年前在伦敦大学学院（UCL）成立研究团队以来，Mao博士的工作已采用先进的显微镜和生物物理方法来阐明机械力在控制组织生长和再生中的作用，以及定义这些力如何影响基因表达和信号通路。 /p p style=" text-indent: 2em " 她对成像的开创性使用，以及对力学的分析，为细胞和组织的物理和机械特性以及这如何促进活生物体的器官形成和形态提供了新的见识。 /p p style=" text-indent: 2em " RMS生命科学组主席Theresa Ward博士说：“热烈祝贺Mao博士获得我们生命科学奖章。她的创新方法将优雅的显微镜与对生物物理环境的探测相结合，并获得了新的见解，这些见解已在一系列不同的研究领域产生了影响。” /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202008/uepic/62872383-655c-4a30-ba0f-06930a8730b4.jpg" title=" AlexandraPacureanu.jpg" alt=" AlexandraPacureanu.jpg" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Alexandra Pacureanu博士–电子显微镜Alan Agar奖章 /span （由Agar Scientific Ltd赞助） /p p style=" text-indent: 2em " Alexandra Pacureanu博士的工作对生物医学研究界产生了深远的影响，改变了我们对利用同步加速器辐射对软生物组织进行高分辨率成像的可能性的看法。 /p p style=" text-indent: 2em " 她在欧洲同步辐射装置（ESRF）的ID16A纳米成像光束线上开发并应用了X射线全息纳米断层扫描。这种技术在使（相对）大的完整组织样本（毫米级）成像方面是独一无二的，它具有与电子显微镜（EM）相似的对比度和结构分辨率。样品可以在室温或低温下成像，通常用重金属染色，并用与EM相同的方法嵌入树脂中。实际上，Alexandra的大部分工作都将X射线成像技术整合到了相关的光镜和EM工作流程中。 /p p style=" text-indent: 2em " 在ESRF最近长时间的关闭阶段， Alexandra在欧洲和美国一些最负盛名的研究机构迅速建立了自己在生物医学研究界的地位。她将自己的生物学问题集中在连接组学领域的大脑上，在这些领域，光镜和电子显微镜难以将跟随单个神经元所需的大视场与成像单个突触所需的分辨率相结合起来。 /p p style=" text-indent: 2em " RMS电子显微镜组主席Lucy Collinson博士和X射线聚焦兴趣小组主席Liz Duke博士说：“ Alexandra拥有在X射线同步加速器光学、束线和实验设计方面完全精通的罕见技能。还为生物学，尤其是神经科学领域的国际水平的基础研究做出贡献。她开创性的技术或将取代光学显微镜和电子显微镜，用于这项关键的科学研究。我很荣幸也很高兴宣布她获得这个奖项。” /p p style=" text-indent: 2em " strong 关于皇家显微镜学会奖章系列 /strong /p p style=" text-indent: 2em " RMS奖章系列旨在奖励在RMS每个科学部分的科学成就，以及奖励那些无名英雄和自愿为RMS贡献大量时间和精力、帮助下一代显微镜工作者的人。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 如何提交奖章提名？ /strong /p p style=" text-indent: 2em " 所有奖项均向全球的申请者开放，并将采用证书和奖章的形式。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 申请人可自行提名或由同事或合作者提名。 /span /p p style=" text-indent: 2em " 申请和提名应该提交给Amanda Jarman，说明申请人被提名的奖章类别。 /p p style=" text-indent: 2em " 申请人应向Amanda Jarman提交履历并写一封信，说明希望获得特殊勋章，提名人应为提名候选人提交履历。 /p p style=" text-indent: 2em " 简历应包括一份陈述(最长不超过1页)，概述候选人的优势和他们为何适合奖牌。 /p p style=" text-indent: 2em " 该奖项通常颁发给从事独立研究少于10年的被提名者。 /p p style=" text-indent: 2em " 被提名的候选人将在截止日期后联系，以确认他们接受他们的提名被考虑。 /p p br/ /p

这里是TESCAN电镜学堂第三期，将继续为大家连载《扫描电子显微镜及微区分析技术》(本书简介请至文末查看)，帮助广大电镜工作者深入了解电镜相关技术的原理、结构以及最新发展状况，将电镜在材料研究中发挥出更加优秀的性能！第四节 各种信号与衬度的总结前面两节详细的介绍了扫描电镜中涉及到的各种电子信号、电流信号、电磁波辐射信号和各种衬度的关系，下面对常见的电子信号和衬度做一个总结，如图2-36和表2-4。图2-36 SEM中常见的电子信号和衬度关系表2-4 SEM中常见的电子信号和衬度关系第五节 荷电效应扫描电镜中还有一种不希望发生的现象，如荷电效应，它也能形成某些特殊的衬度。不过在进行扫描电镜的观察过程中，我们需要尽可能的避免。§1. 荷电的形成根据前面介绍的扫描电镜原理，电子束源源不断的轰击到试样上，根据图2-6，只有原始电子束能量在v1和v2时，二次电子产额δ才为1，即入射电子和二次电子数量相等，试样没有增加也没减少电子，没有吸收电流的形成。而只要初始电子束不满足这个条件，都要形成吸收电流以满足电荷的平衡， i0= ib+is+ia。要实现电荷平衡，就需要试样具备良好的导电性。对于导体而言，观察没有什么问题。但是对于不导电或者导电不良、接地不佳的试样来说，多余的电荷不能导走，在试样表面会形成积累，产生一个静电场干扰入射电子束和二次电子的发射，这就是荷电效应。荷电效应会对图像产生一系列的影响，比如：① 异常反差：二次电子发射受到不规则影响，造成图像一部分异常亮，一部分变暗；② 图像畸变：由于荷电产生的静电场作用，使得入射电子束被不规则偏转，结果造成图像畸变或者出现阶段差；③ 图像漂移：由于静电场的作用使得入射电子束往某个方向偏转而形成图像漂移；④ 亮点与亮线：带点试样经常会发生不规则放电，结果图像中出现不规则的亮点与亮线；⑤ 图像“很平”没有立体感：通常是扫描速度较慢，每个像素点驻留时间较长，而引起电荷积累，图像看起来很平，完全丧失立体感。如图2-37都是典型的荷电效应。图2-37 典型的荷电效应§2. 荷电的消除荷电的产生对扫描电镜的观察有很大的影响，所以只有消除或降低荷电效应，才能进行正常的扫描电镜观察。消除和降低荷电的方法有很多种，这里介绍一下常用的方法。首先，在制样环节就要注意以便减小荷电：1） 缩小样品尺寸、以及尽可能减少接触电阻：这样可以增加试样的导电性。2）镀膜处理：给试样镀一层导电薄膜，以改善其导电性，这也是使用的最多的方法。常用的镀膜有蒸镀和离子溅射两种，常用的导电膜一般是金au和碳，如果追求更好的效果，还可使用铂pt、铬cr、铱ir等。镀导电膜不但可以有效的改善导电性，还能提高二次电子激发率，而且现在的膜厚比较容易控制，一定放大倍数内不会对试样形貌产生影响。不过镀膜也有其缺点，镀膜之后会有膜层覆盖，影响样品的真实形貌的，严重的话还会产生假象，对一些超高分辨的观察或者一些细节（如孔隙、纤维）的测量以及eds、ebsd分析产生较大影响。如图2-38，石墨在镀pt膜后，产生假象；如图2-39，纤维在镀金之后，导致显微变粗，孔隙变小。图2-38 石墨镀金膜之后的假象图2-39 纤维在镀金前（左）后（右）的图像除了制样外，还要尽可能寻找合适的电镜工作条件，以消除或减弱荷电的影响：3） 减小束流：降低入射电子束的强度，可以减小电荷的积累。4） 减小放大倍数：尽可能使用低倍观察，因为倍数越大，扫描范围越小，电荷积累越迅速。5） 加快扫描速度：电子束在同一区域停留时间较长，容易引起电荷积累；此时可以加快电子束的扫描速度，在不同区域停留的时间变短，以减少荷电。6） 改变图像采集策略：扫描速度变快后，图像信噪比会大幅度降低，此时利用线积累或者帧叠加平均可以减小荷电效应同时提升信噪比。线积累对轻微的荷电有较好的抑制效果；帧叠加对快速扫描产生的高噪点有很好的抑制作用，但是图像不能有漂移，否则会有重影引起图像模糊。如图2-40，样品为高分子球，在扫描速度较慢时，试样很容易损伤而变形，而快速扫描同时进行线积累的采集方式，试样完好且图像依然有很好的信噪比。图2-40 高分子球试样在不同扫描方式下的对比7）降低电压：减少入射电子束的能量（降至v2以内）也能有效的减少荷电效应。如图2-41，试样是聚苯乙烯球，加速电压在5kV下有明显的荷电现象，降到2kV下荷电基本消除。不过随着加速电压的降低，也会带来分辨率降低的副作用。图2-41 降低加速电压消除荷电影响8）用非镜筒内二次电子探测器或者背散射电子探测器观察：在有大量荷电产生的时候，会有大量的二次电子被推向上方，倒是镜筒内二次电子接收的电子信号量过多，产生荷电，尤其在浸没式下，此时使用极靴外的探测器，其接收的电子信号量相对较少，可以减弱荷电效应，如图2-42；另外，背散射电子能量高，其产额以及出射方向受荷电的影响相对二次电子要小很多，所以用bse像进行观察也可以有效的减弱荷电效应，如图2-43，氧化铝模板在二次电子和背散射图像下的对比。图2-42 镜筒内（左）和镜筒外（右）探测器对荷电的影响图2-43 SE（左）和BSE（右）图像对荷电的影响9） 倾转样品：将样品进行一定角度的倾转，这样可以增加试样二次电子的产额，从而减弱荷电效应。 除此之外，电镜厂商也在发展新的技术来降低或消除荷电，最常见的就是低真空技术。低真空技术是消除试样荷电的非常有效的手段，但是需要电镜自身配备这种技术。10）低真空模式：低真空模式下可以利用电离的离子或者气体分子中和产生的荷电，从而在不镀膜或者不用苛刻的电镜条件即可消除荷电效应。不过低真空条件下，原始电子束会被气体分子散射，所以分辨率、信噪比、衬度都会有一定的降低。如图2-44，生物样品在不镀导电膜的情况下即可实现二次电子和背散射电子的无荷电效应的观察。图2-44 低真空BSE（左）和SE（右）的效果对比福利时间每期文章末尾小编都会留1个题目，大家可以在留言区回答问题，小编会在答对的朋友中选出点赞数最高的两位送出本书的印刷版。奖品公布上期获奖的这位童鞋，请您关注“TESCAN公司”微信公众号，后台私信小编邮寄地址，我们会在收到您的信息并核实后即刻寄出奖品。【本期问题】低真空模式下，空气浓度高低对消除荷电能力的强弱有什么影响？（快关注微信去留言区回答问题吧~）简介《扫描电子显微镜及微区分析技术》是由业内资深的技术专家李威老师（原上海交通大学扫描电镜专家，现任TESCAN技术专家）、焦汇胜博士（英国伯明翰大学材料科学博士，现任TESCAN技术专家）、李香庭教授（电子探针领域专家，兼任全国微束分析标委会委员、上海电镜学会理事）编著，并于2015年由东北师范大学出版社出版发行。本书编者都是非常资深的电镜工作者，在科研领域工作多年，李香庭教授在电子探针领域有几十年的工作经验，对扫描电子显微镜、能谱和波谱分析都有很深的造诣，本教材从实战的角度出发编写，希望能够帮助到广大电镜工作者，特别是广泛的TESCAN客户。↓ 往期课程，请关注微信查阅以下文章：电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(一) - 电子与试样的相互作用电镜学堂丨扫描电子显微镜的基本原理(二) - 像衬度形成原理

近日，科学仪器行业迎来了前所未有的利好消息。2022年9月13日，国务院常务会议决定对部分领域设备更新改造贷款阶段性财政贴息和加大社会服务业信贷支持，政策面向高校、职业院校、医院、中小微企业等九大领域的设备购置和更新改造。贷款总体规模预估为1.7万亿元。 2022年9月28日，财政部、发改委、人民银行、审计署、银保监会五部门联合下发《关于加快部分领域设备更新改造贷款财政贴息工作的通知》（财金〔2022〕99号），对2022年12月31日前新增的10个领域设备更新改造贷款贴息2.5个百分点，期限2年，额度2000亿元以上。因此今年第四季度内更新改造设备的贷款主体实际贷款成本不高于0.7%（加上此前中央财政贴息2.5个百分点）。这两大重磅政策提供极低利息的贷款给消费端提前进行设备购置和更新改造，推动我国仪器市场迎来新一波仪器采购大潮。仪器信息网注意到，10月7日以来，44所高校院所等单位发布的399项采购意向涉及显微镜（包括电子显微镜等），采购预算总额约33亿元。10月份含显微镜（含电子显微镜等）采购意向汇总序号项目名称预算金额(万元)采购单位发布时间预计采购时间查看1分析测试中心冷冻传输系统和冷冻传输样品杆采购项目320北京理工大学10月26日2022年12月意向原文2分析测试中心原位微区气氛系统采购项目290北京理工大学10月26日2022年12月意向原文3真空转移型高分辨场发射扫描电子显微镜560复旦大学10月26日2022年12月意向原文4原位催化型XPS互联高空间分辨表征系统540复旦大学10月26日2022年12月意向原文5高通量介孔储能材料原位电化学聚光镜单球差透射电镜1900复旦大学10月26日2022年12月意向原文6多功能多气氛环境介孔催化剂评价用图像矫正器透射电镜1300复旦大学10月26日2022年12月意向原文7材料加工-原位加热-结构表征双束多功能综合平台360复旦大学10月26日2022年12月意向原文8复杂结构解析及电热功能原位分析高通量-高分辨表征平台580复旦大学10月26日2022年12月意向原文9高分辨热场发射扫描电子显微镜采购242中山大学10月26日2022年11月意向原文10全自动高分辨快速成像系统采购152中山大学10月26日2022年11月意向原文11激光共聚焦显微镜采购260中山大学10月25日2022年11月意向原文12近红外上转化共聚焦显微镜440华中科技大学10月25日2022年11月意向原文13超高分辨激光共聚焦显微镜420华中科技大学10月25日2022年11月意向原文14智能超灵敏活细胞超分辨显微镜450华中科技大学10月25日2022年11月意向原文15西南交通大学高水平公共测试服务平台建设项目采购2900西南交通大学10月25日2022年11月意向原文16（材料型）原子力显微镜150复旦大学10月25日2022年11月意向原文17超高分辨激光共聚焦显微镜520浙江大学10月25日2022年12月意向原文18原位微纳热力分析型聚焦离子束/电子束扫描电镜836上海交通大学10月25日2022年12月意向原文19中国农业科学院蔬菜花卉研究所国家蔬菜种质资源中期库建设项目122中国农业科学院蔬菜花卉研究所10月24日2022年11月意向原文20西南交通大学复杂环境路面材料耐久性能测试系统采购177西南交通大学10月24日2022年11月意向原文21西南交通大学轨道结构材料响应细微观表征分析平台采购120西南交通大学10月24日2022年11月意向原文22西南交通大学扫描电镜能谱一体机采购140西南交通大学10月24日2022年12月意向原文23共聚焦激光扫描显微镜520浙江大学10月24日2022年11月意向原文24多光子共聚焦显微镜350中国科学院宁波材料技术与工程研究所10月24日2022年12月意向原文25双光子显微镜系统300浙江大学10月24日2022年11月意向原文26先进能源学院 场发射扫描电镜200中山大学10月23日2022年11月意向原文27先进能源学院 扫描电化学显微镜130中山大学10月23日2022年11月意向原文28先进能源学院 原子力显微镜100中山大学10月23日2022年11月意向原文29核科学与技术学院+核材料制备装置120兰州大学10月22日2022年12月意向原文30阜外医院医疗设备购置项目20000中国医学科学院阜外医院10月21日2022年11月意向原文31光发射电子显微镜1500南京大学10月21日2022年12月意向原文32冷冻电镜8000南京大学10月21日2022年12月意向原文33球差矫正透射电子显微镜3000南京大学10月21日2022年12月意向原文34场发射高分辨透射电镜800南京大学10月21日2022年12月意向原文35200kV透射电镜350南京大学10月21日2022年12月意向原文36120kV透射电镜600南京大学10月21日2022年12月意向原文37环境扫描电子显微镜420南京大学10月21日2022年12月意向原文38扫描电子显微镜600南京大学10月21日2022年12月意向原文39透射电镜原位纳米力学测试系统190南京大学10月21日2022年12月意向原文40显微镜操作平台250江南大学10月21日2022年12月意向原文41原子力显微镜200南京大学10月20日2022年12月意向原文42高分辨扫描电子显微镜与阴极荧光系统490南京大学10月20日2022年12月意向原文43显微操作系统、倒置显微镜160山东大学10月20日2022年11月意向原文44自动活细胞成像系统180山东大学10月20日2022年11月意向原文45光片显微成像系统580山东大学10月20日2022年11月意向原文46兰州大学现代化工程训练中心项目建设方案（电工电子基础训练及创新中心）——电子产品装配与检测模块68.22兰州大学10月20日2022年11月意向原文47家畜生物学国家重点实验室培育建设项目2098西北农林科技大学10月20日2022年11月意向原文48未来农业研究院平台建设项目1815西北农林科技大学10月20日2022年11月意向原文49超高分辨率活细胞三维长时程成像系统877.5复旦大学10月20日2022年12月意向原文50转盘式激光共聚焦显微镜675复旦大学10月20日2022年12月意向原文51多功能共聚焦显微拉曼成像系统298北京大学10月20日2022年12月意向原文52CSU转盘式扫描高速共聚焦成像380华南理工大学10月20日2022年11月意向原文53粤港澳中枢神经再生研究院科研设备121.5暨南大学10月20日2022年12月意向原文54快速扫描电子显微镜500上海交通大学10月20日2022年11月意向原文55电子探针系统600中山大学10月19日2022年11月意向原文56低能电子成像系统880中山大学10月19日2022年11月意向原文57场发射扫描电镜350中山大学10月19日2022年11月意向原文58场发射透射电镜1000中山大学10月19日2022年11月意向原文59拉曼-原子力显微镜联用系统200中山大学10月19日2022年11月意向原文60光子技术研究院科研设备987.7暨南大学10月19日2022年12月意向原文61基础医学与公共卫生学院科研设备429暨南大学10月19日2022年12月意向原文62场发射透射电子显微镜800湖南大学10月19日2022年11月意向原文63化学本科实验教学分析表征平台仪器设备购置664兰州大学10月19日2022年11月意向原文64药学实验教学中心升级改革——倒置荧光显微镜27浙江大学10月19日2022年12月意向原文65双球差矫正透射电子显微镜、场发射透射电镜2900北京大学10月19日2022年12月意向原文66材料科学与工程教学实验室规划、改造与建设630华北电力大学10月19日2022年11月意向原文67科研设备更新改造专项-场发射透射电子显微镜900中山大学10月19日2022年12月意向原文68中山医学院荧光显微镜(3台）采购105中山大学10月19日2022年11月意向原文69科研设备更新改造专项-聚焦离子束双束电子显微镜790中山大学10月19日2022年12月意向原文70电能转换与智慧用电教育部工程研究中心实验平台建设1889华北电力大学10月19日2022年12月意向原文71新能源电力系统国家重点实验室仪器设备升级更新项目7242华北电力大学10月19日2022年12月意向原文72国家储能技术产教融合创新平台5000华北电力大学10月19日2022年12月意向原文73新能源发电国家工程研究中心平台建设与设备更新4000华北电力大学10月19日2022年12月意向原文74氢能科学与工程学科及高水平科研平台建设5037华北电力大学10月19日2022年12月意向原文75低碳能源系统功能新材料开发与微纳制造平台4992华北电力大学10月19日2022年12月意向原文76清洁高效燃煤发电关键技术与装备集成攻关大平台4272华北电力大学10月19日2022年12月意向原文77新能源高效转换与特性研究4400华北电力大学10月19日2022年12月意向原文78水利工程学科科学研究706.6华北电力大学10月19日2022年12月意向原文79多维度单分子超分辨表征系统125微结构加工与成像系统138浙江大学10月17日2022年10月意向原文126tirf全内返荧光显微镜180江南大学10月17日2023年6月

人类探索极限的脚步从未停止。为了看得更细，看得更清。列文虎克发明了显微镜，成为人类利用工具观察世界的肇始。 从此，光学成为显微镜的支配性规律。自十七世纪到二十世纪初，光学显微镜完成了几乎所有类型的研发、设计和定型。但因为衍射极限的发现，似乎提高观察的分辨率只有改进光源这一种路径。激光的发明成为光学显微镜在分辨率上最后的努力。 十九世纪初电子的发现，以及微观粒子的波粒二象性特性的揭示，成为了电子显微镜的基础。但是电子显微镜实际上可以看做光学显微镜在量子力学下的延伸。用加速电子束替代了传统光源，用磁透镜/静电透镜代替了透明介质透镜，可是几乎所有的理论结构都与光学显微镜一致。二十世纪三十年代电子显微镜被发明至今，其分辨率极致被提高到亚纳米级别，距离原子级分辨似乎只有一步之遥。 但是自然界被物理铁律支配，这一步似乎近在咫尺，但却云崖天隔。二十一世纪的电子显微镜已经进入了和二十世纪光学显微镜同样的境地，只能在不断改进各部件的精度中一丝一毫地改进图像，但无法跨越最后的鸿沟。 量子力学成为了新一代显微镜的理论基础。1981年，隧道扫描显微镜被发明，一种全新的显微镜横空出世。它不同于光学显微镜和电子显微镜，完全摆脱了对检测介质的依赖，以微粒间的作用（电、力）为检测信号，一举突破了原子级别的分辨率。随后在1985年被发明的原子力显微镜，更是将适用对象从金属和半导体拓展到所有的固体。 这是一种全新的显微方法和工具，从二十世纪八十年代末到九十年代初，全球各主要科技强国纷纷开展了扫描探针显微镜的研发。 OUR HISTORY岛津 也正是在这个时期，岛津开始涉足该领域。1991年，基于超高真空环境的隧道扫描显微镜AIS-900面世。 相对于在大气环境下的隧道扫描显微镜，真空环境是其工作环境更为简单，图像分辨率和清晰程度都更高，工作也更稳定。 虽然真空环境带来了分辨率的提高，但是同时也限制了样品的测试和操作的便利性。为此，1993年，岛津开发了兼容多种环境的WET-901，同时可以满足对大气环境、真空环境、特殊气氛、液体环境、电化学环境等不同要求。WET-901和随后的WET-9400代表着岛津敏锐地意识到，随着原子力显微镜的不断完善，微区观测技术必然会对原位分析产生重要的影响。因此，岛津持续不断地改进环境控制舱，应对不同时期科研领域的需求。 紧接着在1995年，岛津推出了成功的SPM-9500系列。二十世纪九十年代中后期是原子力显微镜大发展的时期，各种扫描模式从实验室走向实用。从1995年2001年，岛津SPM-9500系列也历经SPM-9500、SPM-9500J、SPM-9500J2、SPM-9500J3四个型号，不断吸收新的功能模式。同时，该系列具备的自动进针和头部滑动机构也在操作性上领先于其他竞争对手，这些特点使得该系列成为了一个长寿的产品。 随后的SPM-9600（2005年）、SPM-9700（2010年）、SPM-9700HT（2016年）基本都延续了SPM-9500的基本结构，通过不断改进控制器，提高分辨率，增加新功能，改善操作性。 在这个时期，商用原子力显微镜陷入了一个发展瓶颈，功能模式固化，应用领域受限，每个厂家都在不同的方向上尝试新的突破。有的厂商开始匹配半导体工业的需求，有的则在生命科学领域进行研发。 岛津也在思考什么才是原子力显微镜的发展根本？ 不识庐山真面目，只缘身在此山中。经过大量的思考和尝试，一切回归本源——分辨率。只有分辨率才是显微镜最核心的技术指标。于是在2014年推出了调频型原子显微镜SPM-8000FM并在2017年升级为SPM-8100FM。该系列最核心的技术是调频控制探针，利用频率对作用力的分辨率和反馈速度远高于振幅的特点，实现了在大气和液体环境中原子/分子级的分辨率。 利用调频模式对作用力的高分辨检测能力，还成功地将原子力显微镜的应用从固体表面观察拓展到固液界面的水合化和溶剂化作用。这项技术有助于电池和摩擦学等领域的前沿研究。 最近的十年，随着原子力显微镜对不同应用领域的拓展，新的技术和新的需求也在不断涌现。 岛津原子力显微镜将会如何应对新变化？又会开发什么新技术呢？ 一切尽在5月18日14:00由宏入微 顺手随心岛津SPM-Nanoa原子力显微镜在线发布会敬请期待！

晶圆是制作半导体材料的主要部件，而在半导体晶圆的整体制造过程有400 至600个步骤，历时一到两个月完成。因此缺陷检测对于半导体制造过程非常重要，如果流程早期出现任何缺陷，则后续步骤中执行的所有工作都将被浪费，所以在半导体制造过程中缺陷检测是其中的关键步骤，用于确保良率和产量。这就需要用到技术先进的晶圆半导体显微镜来进行缺陷检测，主要用于识别并定位产品表面存在的杂质颗粒沾污、机械划伤、晶圆图案缺陷等问题。针对晶圆严格检测需求，奥林巴斯的MX63系列晶圆半导体显微镜，除了拥有图像清晰、易操作、检测速度快的优势之外，还针对晶圆缺陷检测做出了一系列的特殊功能，确保晶圆检测的准确性。可供选配的AL120系统的晶圆自动搬送机晶圆自动搬送机是奥林巴斯备选的，可安装在MX63系列上，使用AL120系统可实现无需使用镊子或工具，即可安全地将硅及符合半导体晶圆从晶圆匣运送到显微镜载物台上。此显微镜卓越的性能和可靠性能够安全、高效地对晶圆正面和背面进行宏观检测，同时搬送机还可帮助提高实验室工作效率。快速清洁无污染的检测奥林巴斯MX63系列晶圆半导体显微镜可实现无污染的晶片检测，其显微镜所有电动组件均安装在防护结构壳内，干净无污染，同时显微镜架、镜筒、呼吸防护罩及其他部件均采用防静电处理。另外，MX63系列采用的是电动物镜转换器，电动转换器的转速比手动物镜转换器更快更安全，在缩短检测间隔时间的同时让操作人员的手始终保持在晶圆下方，避免了潜在的污染。大尺寸晶圆一样能实现高效观察MX63系列晶圆半导体显微镜利用内置离合和XY旋钮，能够实现对载物台运动的粗调和微调，即便是针对300mm的晶片这样的大尺寸样品，载物台也能够实现高效的观察。适合所有晶圆尺寸晶圆的尺寸有很多，而奥林巴斯的晶圆半导体显微镜可配合各类150-200mm和200-300mm晶圆托架和玻璃台板使用，如果生产线上的晶圆尺寸发生变化，可更改载物台或者镜架，各种载物台均可用于检测75mm、100mm、125mm、150mm的晶圆甚至300mm的晶圆检测。晶圆检测是主要的芯片产品合格率统计分析方法之一，而在芯片的总面积扩大和相对密度提升的情况下，对晶圆的要求也不断升级，晶圆检测也越来越精细，这就需要更长的检测時间及其更为高精密繁杂的检测设备来实行检测。奥林巴斯MX63系列晶圆半导体显微镜，融合了奥林巴斯先进的光学技术和数字技术，拥有简便的直观操作和稳定的可靠性，可为用户创建简洁合理的工作流程和灵活高效的解决方案，让晶圆的检测更准确、更简单。

一、项目基本情况项目编号：11000023210200034399-XM002项目名称：市属高校分类发展—仪器科学与技术新增博士点建设与高水平创新人才培养-进口设备采购项目预算金额：1188 万元（人民币）最高限价：1188 万元（人民币）采购需求：序号标的名称采购包预算金额（万元）数量简要技术需求或服务要求18通道任意信号发生器11881用于在频率范围、精度和输出电平的范围内产生任意波形。要求内部采样速率范围300S/s至5GS/s（10 GS/s内插-双倍数据速率），连续可调。259G高速数据采集器1用于高速采集各种类型光电器件输出的模拟信号并转换成数字信号处理。要求模拟带宽59GHz，模拟通道数为2，最高实时采样率200GS/s。3HMDS烘箱1用于超晶格结构与紫外光刻胶的紧密结合HMDS烘箱，要求温度高稳定，洁净度高，支持2、3、4、6、8英寸基片及破片，有尾气处理装置。4球楔焊线一体机1用于制作红外探测器器件的引线，要求满足球焊和楔焊一体，可实现键合工艺：球焊，楔形焊和制作凸点，键合头为Z轴垂直导轨式设计与移动，Y 轴 可编程，楔焊劈刀支持0.75及1英寸，X-Y载台精调范围18mm*18mm，可编程线性Z轴60mm行程，步进精度1um，可编程Y轴不小于20mm，步进精度2um。5扫描隧道显微镜低温AFM模块1拟引进扫描隧道显微镜低温AFM模块能实现对半导体外延片接触式纵向/横向原子力扫描功能，实现多种非接触原子力显微分析功能，包括普通非接触扫描功能、测量静电特性的静电力显微分析功能，导电原子力显微镜以及磁力显微镜功能，可扩展扫描开尔文力显微镜功能等，并包含锁相环模式。650G高速光波元件分析仪1要求50G高速光探测模块具备高性能PIN探测器，单模光纤耦合输入，具有高增益、高灵敏度、直流/交流耦合输出、增益平坦等特点，主要应用于高速光纤传输系统、ROF以及光纤传感系统等领域。要求集成光座，可搭配网络分析仪进行OE/EO/OO器件S参数测试，软件实现眼图和阻抗曲线监测。7真空型红外荧光光谱-光电流谱测试系统1真空型红外荧光光谱-光电流谱测试系统主要是测试材料或器件的发光光谱或者光电流响应谱，测试系统光路可实现高真空，避免空气的吸收，可与低温系统配套满足变温光谱测试，系统包含光谱仪、光谱收集模块、黑体光源、信号提取与放大的仪表、真空机组、测试夹具等。光谱测试范围包含可见光、近红外、中长波红外，核心指标包括：光谱范围：25000-350cm-1，最高分辨率：优于0.06cm-1,信噪比：高于60000:1(峰-峰值，1分钟测试)，(测试条件：DLATGS检测器，@4cm-1分辨率)。合同履行期限：自合同签订生效后开始至双方合同义务完全履行后截止。本项目不接受联合体投标。二、获取招标文件时间：2023-05-09 至 2023-05-16 ，每天上午09:00至12:00，下午13:00至16:00（北京时间，法定节假日除外）地点：北京市政府采购电子交易平台方式：供应商持CA数字认证证书登录北京市政府采购电子交易平台（http://zbcg-bjzc.zhongcy.com/bjczj-portal-site/index.html#/home）获取电子版招标文件。售价：￥0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：北京信息科技大学　　　　　地址：北京市海淀区清河小营东路12号　　　　　　　　联系方式：杨老师,010-82426861　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：新华招标有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区莲花池东路39号西金大厦八层　　　　　　　　　　　　联系方式：张际阳、唐靖凯、常敏、王欢，010-63905975（项目问询）、 010-63905960、 010-63905834 tangjingkai@xhtc.com.cn（报名、保证金、发票咨询）　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：张际阳、唐靖凯、常敏、王欢电　话：　　010-63905975（项目问询）、 010-63905960、 010-63905834 tangjingkai@xhtc.com.cn（报名、保证金、发票咨询）

2000亿贴息贷款政策点燃了整个十月的仪器采购市场，数十个高校发布了采购意向，预算动辄过亿。本文汇总了本轮采购潮中光学显微镜的情况，供相关从业者参考。据不完全统计，本轮高校仪器采购意向，共有255项光学显微镜采购及相关项目，涉及30所高校，累计金额约15.3亿元（含少数整体采购项目中的其他仪器）。技术难度高、单台货值高的高端光学显微镜在本轮采购中成为“常见”需求货物。对255项采购意向进行梳理分析发现，共聚焦显微镜63台/套，预算约3亿元，其中双光子显微镜13台/套；超分辨显微镜27台/套，占比约1/10，预算约1.5亿，上述类别显微镜统计有重叠。光片显微镜13台/套，预算约8000万。以光学显微镜意向采购数量将29所高校排序，中山大学以70台/套居首，前五分别是中山大学（预算2亿元）、浙江大学（25台/套，预算1.17亿）、华南理工大学（22台/套，预算1.13亿元）、南京农业大学（20台/套，预算4976万）、清华大学（18台/套，预算7286万）。附表：各高校光学显微镜采购详情列表采购单位项目名称预算金额(万元)预计采购时间查看北京大学双光子扫描光遗传学显微镜500Nov-22意向原文北京大学多功能共聚焦显微拉曼成像系统300Dec-22意向原文北京大学多功能共聚焦显微拉曼成像系统298Dec-22意向原文北京理工大学压电力显微镜180Nov-22意向原文北京理工大学激光共聚焦荧光显微镜200Nov-22意向原文北京理工大学分析测试中心原位微区气氛系统采购项目290Dec-22意向原文北京理工大学分析测试中心冷冻传输系统和冷冻传输样品杆采购项目320Dec-22意向原文北京理工大学多功能超高分辨荧光分析与激光共聚焦系统970Nov-22意向原文北京师范大学珠海校区高分辨共聚焦拉曼成像系统采购项目476.93Dec-22意向原文北京师范大学正置荧光显微镜采购项目105Nov-22意向原文北京师范大学光片荧光显微镜采购项目580Nov-22意向原文复旦大学转盘式激光共聚焦显微镜675Dec-22意向原文复旦大学原位催化型XPS互联高空间分辨表征系统540Dec-22意向原文复旦大学复杂结构解析及电热功能原位分析高通量-高分辨表征平台580Dec-22意向原文复旦大学超高分辨率活细胞三维长时程成像系统877.5Dec-22意向原文复旦大学材料加工-原位加热-结构表征双束多功能综合平台360Dec-22意向原文广东农工商职业技术学院广东农工商职业技术学院化学品智能安全管理与实验教学中心设备建设项目372.9Nov-22意向原文哈尔滨工程大学全通道激光共聚焦显微镜800Dec-22意向原文哈尔滨工程大学傅里叶红外光谱/红外显微镜400Nov-22意向原文哈尔滨工程大学单光子计数共聚焦显微镜1500Nov-22意向原文哈尔滨工业大学离子/电子双束系统1400Nov-22意向原文哈尔滨工业大学多场耦合原位微纳米力学可视化测试系统1350Nov-22意向原文华北电力大学新能源高效转换与特性研究4400Dec-22意向原文华北电力大学新能源发电国家工程研究中心平台建设与设备更新4000Dec-22意向原文华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室仪器设备升级更新项目7241.55Dec-22意向原文华北电力大学水利工程学科科学研究706.6Dec-22意向原文华北电力大学清洁高效燃煤发电关键技术与装备集成攻关大平台4272.25Dec-22意向原文华北电力大学氢能科学与工程学科及高水平科研平台建设5036.5Dec-22意向原文华北电力大学国家储能技术产教融合创新平台5000Dec-22意向原文华北电力大学电能转换与智慧用电教育部工程研究中心实验平台建设1889.4Dec-22意向原文华北电力大学材料科学与工程教学实验室规划、改造与建设630Nov-22意向原文华北电力大学（保定）光伏制储氢发电一体化技术研究平台340Nov-22意向原文华北电力大学（保定）多元多相燃料高效清洁混燃研究平台建设665Dec-22意向原文华南理工大学自旋科技研究院购置激光共聚焦荧光显微镜设备项目380Nov-22意向原文华南理工大学研究级倒置显微镜系统100Nov-22意向原文华南理工大学橡胶类冷冻扫描分析系统520Nov-22意向原文华南理工大学微纳米尺度红外光谱成像系统725Nov-22意向原文华南理工大学微纳光学成像工作站557Nov-22意向原文华南理工大学双转盘激光共聚焦高内涵系统550Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光微纳加工系统480Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光共聚焦显微镜1000Nov-22意向原文华南理工大学双光子激光共聚焦显微镜1000Nov-22意向原文华南理工大学生物医学科学与工程学院-扫描探针及激光共聚焦成像系统600Nov-22意向原文华南理工大学生物医学科学与工程学院-超高分辨率倒置荧光显微镜320Nov-22意向原文华南理工大学扫描隧道显微镜185Nov-22意向原文华南理工大学冷冻切片传输微加工系统585Nov-22意向原文华南理工大学冷冻切片传输微加工系统585Nov-22意向原文华南理工大学多势阱光镊操控系统190Nov-22意向原文华南理工大学电子增益探测正置光学显微系统160Nov-22意向原文华南理工大学单分子成像和捕获系统530Nov-22意向原文华南理工大学超快激子扩散四维成像显微镜1050Nov-22意向原文华南理工大学超高分辨率原位动态显微成像系统575Nov-22意向原文华南理工大学STED超分辨成像系统620Nov-22意向原文华南理工大学CSU转盘式扫描高速共聚焦成像380Nov-22意向原文华南理工大学3D单分子定位显微镜260Nov-22意向原文华中科技大学转盘共聚焦显微镜450Nov-22意向原文华中科技大学智能超灵敏活细胞超分辨显微镜450Nov-22意向原文华中科技大学近红外上转化共聚焦显微镜440Nov-22意向原文华中科技大学超高分辨激光共聚焦显微镜420Nov-22意向原文华中农业大学水生动物疫病专业实验室建设项目734.62Jan-23意向原文吉林大学双束拉曼一体化显微镜联用分析系统647.85Dec-22意向原文吉林大学全自动数字玻片扫描系统280Nov-22意向原文吉林大学激光差动共焦显微镜120Nov-22意向原文吉林大学活细胞工作站320Nov-22意向原文吉林大学多功能高分辨磁光克尔显微成像系统109Dec-22意向原文吉林大学倒置荧光显微成像及显微操作系统200Nov-22意向原文吉林大学超高分辨率激光共聚焦显微镜360Nov-22意向原文吉林大学超高分辨激光共聚焦显微镜315Nov-22意向原文吉林大学超分辨共聚焦扫描显微镜368Nov-22意向原文暨南大学粤港澳中枢神经再生研究院科研设备121.5Dec-22意向原文暨南大学暨南大学番禺校区药学院实验教学示范中心改善教学条件填平补缺建设项目200Dec-22意向原文暨南大学基础医学与公共卫生学院科研设备429Dec-22意向原文暨南大学光子技术研究院科研设备987.7Dec-22意向原文江南大学显微镜操作平台250Dec-22意向原文江南大学全自动3D全息无标记活细胞成像系统200Nov-22意向原文江南大学tirf全内返荧光显微镜180Jun-23意向原文兰州大学医学实验中心十人共览显微镜采购项目28Nov-22意向原文兰州大学生态学院研究级正置显微镜设备采购项目35Nov-22意向原文兰州大学生态学院基因编辑与显微注射平台设备采购项目38.6Nov-22意向原文兰州大学生态学院共聚焦扫描成像显微镜采购项目130Nov-22意向原文兰州大学生态学院倒置荧光显微镜设备采购项目22Nov-22意向原文兰州大学生命科学学院细胞、免疫及显微技术科教一体化平台-荧光相差显微成像系统采购项目126Nov-22意向原文兰州大学生命科学学院生物学野外实习科教一体化平台-农作物生长箱等设备采购项目85Nov-22意向原文兰州大学兰州大学中长期贷款项目投资估算表-拔尖创新人才培养平台60Nov-22意向原文兰州大学兰州大学生命科学学院红外相机等采购19.48Nov-22意向原文兰州大学兰州大学草地农业科技学院显微数码互动系统采购108Nov-22意向原文兰州大学基础医学院显微数码互动教学实验室采购项目192Nov-22意向原文兰州大学基础医学院显微数码互动教学实验室采购项目144Nov-22意向原文兰州大学基础医学院双光子激光共聚焦成像系统设备采购项目500Nov-22意向原文兰州大学核科学与技术学院+核材料制备装置120Dec-22意向原文兰州大学草业科学国家级实验教学示范中心一流草学人才培养平台建设项目43Nov-22意向原文南京大学高倍显微镜260Nov-22意向原文南京大学多功能可控环境扫描探针显微镜300Nov-22意向原文南京农业大学植物保护学院教学中心仪器设备采购项目680Nov-22意向原文南京农业大学荧光倒置显微镜48Nov-22意向原文南京农业大学眼科手术显微镜20Nov-22意向原文南京农业大学显微镜5Nov-22意向原文南京农业大学体视显微镜26Nov-22意向原文南京农业大学双光子激光共聚焦显微镜680Nov-22意向原文南京农业大学受激发射损耗显微镜620Nov-22意向原文南京农业大学生命科学学院植物生理实训平台采购项目45Nov-22意向原文山东大学表面共振显微镜400Nov-22意向原文山东大学FRET显微镜测定分析系统155Nov-22意向原文武汉大学

由丁明孝、梁凤霞、洪健、李伯勤、王素霞、朱平领衔主编的《生命科学中的电子显微镜技术》，经过八年编著，于今日正式出版。它凝聚了国内外45位电镜专家的经验和智慧，是一部综合性、实用性、专业性极强的经典著作。本书以促进生物电镜实验水平和制样效率的不断提高为目的，主要介绍了当前各类生物电镜技术，侧重实验技术的难点要点，实验问题和解决途径，强调实验设计理念与具体操作细节。全书共分为8章，包括：常规生物电镜样品制备技术，电镜原位成分分析技术，电镜三维重构技术，光电关联显微成像技术，植物组织的透射电镜样品制备技术，医学电镜超微病理诊断及电子显微镜的结构、原理及操作要点等内容。这部著作凝结着编写组的知识和心血，代表着一代中国电镜工作者的最高水平，将成为我国生命科学电镜技术及电镜教育事业的里程碑。八年来，全国生物电镜工作者一起见证了它的酝酿和诞生。这部著作在当前特殊的国际形势下诞生，具有特别的现实意义和历史意义，是全体电镜人的骄傲。为庆祝这部著作的发行，且应广大读者要求，希望获得领衔作者丁明孝教授的寄语签名，经过与丁老师沟通，中镜科仪将准备100册，由丁老师集中签名。请需要购买的老师尽快在如下链接中进行登记。点击链接填表订书： https://f.wps.cn/fw/N0vNiDmQ/

近日，科学家开发了一种通过智能手机运行的便携式显微镜，可以估计样本DNA分子的长度，发现人类基因组拷贝数变异和其他疾病的遗传特性。这种显微镜，体积较小，重量不足190克，只需要三个AAA电池就可运行的，而成本只需400美元。 　　2015年即将到来，科学家们预测在新的一年里，不少新技术将与我们的日常生活结合更紧密，近期来自加州大学旧金山分校的一组研究人员就研发出了一种智能手机附件，能检测样品中DNA分子的长度。 　　这一研究成果公布在12月10日的ACS Nano杂志上，这一附件重量仅为190克(以下)，价格为400 美元，需要3节 AAA 电池。从功能上说，研究人员能利用这一附件完成拷贝数变异，以及疾病其它遗传特征的分析，这将成为现场诊断领域的又一新星。 　　研究人员在文章中证明了这一职能手机显微镜能分析荧光标记的DNA分子纯化溶液。首先将溶液放置在两个盖玻片之间，这样就能有效的将DNA拉升为直线，然后通过荧光显微镜附件内的蓝色激光照射在DNA上，智能手机就能完成一系列的拍照，并传送到远程服务器，计算片段长度。 　　一般来说设备能分析的DNA分子长度为10000～48，000 个碱基对大小，研究人员发现智能手机显微镜也能预测大约长度为约1，000 个碱基对的片段大小，这与传统的台式荧光显微镜的出错率差不多。 　　一些其他研究组也表示希望能利用智能手机显微镜，在缺乏必要基础设施的地区进行诊断治疗，这些地区也是最需要快速诊断传染性疾病的地方。 　　 　　文章作者，电力生物工程师Aydogan Ozcan认为这一发现是个人电脑的一项革命性成果，&ldquo 看看我们早期的计算机，它们十分笨重，也很昂贵。现在计算机变得轻便，可便携了&hellip &hellip 几乎每个人都能买得起。同样，显微镜观察也会朝着这一方向发展，我们研发了小型化微观和纳米分析工具，我们能令它们更加方便使用，更加强大。&rdquo 　　不仅是显微镜，科学家们也研发了不少便携式的设备，如华裔科学家戴聿昌教授开发出了一种便携式细胞计数器，能在几分钟内，用扎指头的方式就能获得结果。 　　便携式白细胞计数器可以用于改善针对患有慢性疾病，比如白血病或其它癌症患者的门诊监测。而且也可以通过组合使用，帮助偏远地区的远程医疗，甚至可以用于宇航员，宇航员长期暴露于辐射中，利用这一设备，当他们还在太空中的时候就进行检测。 　　此外针对今年暴发的埃博拉病毒，意大利国家传染病研究所的研究人员也研发出了快速检测埃博拉病毒的便携设备，可在75分钟内检测出血液样本中是否存在埃博拉病毒。 　　这种设备采用分子生物学技术即时聚合酶链式反应。这种设备灵敏度极高，即便是微量的人类血液经过多次稀释也能检测出所含病毒，而且能够早期甄别病毒，显着减少传染风险。

近日，南京理工大学发布多则仪器招标公告，预算达747万。计划采购压电力显微镜、激光直写无掩模光刻机曝光机、原子力显微镜、电光404+扫描电子显微镜等仪器设备。详细内容如下：项目名称：压电力显微镜1、项目编号：XHTC-HW-2022-0070、ZZ0008-G22HZ00172、预算金额：180.0000000 万元（人民币）3、采购需求：项目名称：激光直写无掩模光刻机曝光机采购1、项目编号：ZZ0023-G22HZ0049/JSHC-20220300792、预算金额：217.0000000 万元（人民币）3、最高限价（如有）：217.0000000 万元（人民币）4、采购需求：激光直写光刻机1套项目名称：南京理工大学原子力显微镜采购1、项目编号：ZZ0202-G21HZ06022、预算金额：190.0000000 万元（人民币）3、采购需求：项目名称：电光404+扫描电子显微镜采购1、项目编号：ZZ0007-G22HZ00162、预算金额：160.0000000 万元（人民币）3、最高限价（如有）：160.0000000 万元（人民币）4、采购需求：扫描电子显微镜1套