红外联用原子力显微镜

2020年4月29日，Park原子力显微镜宣布最终完成对美国加州圣何塞的Molecular Vista进行的股权投资。Molecular Vista作为一家AFM的生产商，该公司主要聚焦于基于光诱导力显微镜的纳米红外技术（IR PiFM）进行AFM红外联用的定量可视化研究工作，从而实现分子水平上探测和解析物质的红外光谱特征。 Molecular Vista推出全新一代的原子力显微镜VistaScope与红外光诱导力显微镜联用, 提供纳米成像与光谱。 PiFM是AFM和IR光谱在集成研究系统的的联用工作，可以有效进行并实现纳米尺度材料表面物性和化学分析，并广泛应用于各种有机和无机材料，为最新的材料，化学研究工作提供重要的研究和分析手段。 “我们相信，Molecular Vista凭借独有的技术已经走在了AFM行业的最前沿，”Park原子力显微镜首席执行官Sang-il Park博士评论道。“我们很高兴能够成为由Sung Park和他的管理团队创建的AFM红外联用前沿技术的公司的重要组成部分，公司发展未来可期。” AFM能够进行纳米级形貌成像，并且包括其他多种测量模式，对样品的机械性能，电学性能和多种物理特性进行成像。 现在，随着PiFM技术的加入，Molecular Vista将凭借AFM在纳米材料/结构领域超过30年的应用和研究成果，为研究人员和工程人员提供化学和分子组成信息。 “Park原子力显微镜的投资将帮助显著扩展我们技术驱动的IR PiFM平台，填补纳米级分子和化学分析的一个关键空白，”Molecular Vista首席执行官Sung Park声明到。“我们很荣幸能够和与AFM自发明以来就处于领先地位的行业领导者Park原子力显微镜公司成为股权合作伙伴。 关于Park原子力显微镜公司介绍：Park原子力显微镜公司（Park Systems）成立于1997年，是一家专门从事纳米设备测量的公司，Park公司在AFM技术发展中发挥着举足轻重的作用， Park的AFM系列为用户提供无与伦比的准确性和易用性。通过专门设计用于材料科学，电子学，生命科学，纳米技术以及其他研究和工业领域的原子力显微镜。Park原子力显微镜已经是一家在韩国股市交易中心（KOSDAQ）的上市公司，总部位于韩国水源，并在 中国，美国，德国，墨西哥，日本和新加坡都设有分公司。

世界领先的原子力显微镜制造商Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）于2021年4月20日宣布，公司股票估值超过1万亿韩元(近10亿美元)。 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）于2015年12月17日在KOSDAQ首次公开发行了100万股股票，KOSDAQ相当于韩国的纳斯达克(NASDAQ)。自首次公开募股以来， Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）已发展成为全球原子力显微镜领域的领导者，在原子力显微镜半导体先进自动化遥遥领先，并将原子力显微镜（AFM）技术作为纳米尺度测量的首要工具带入主流。Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）创始人兼CEO Sang-il Park博士在接受采访时候表示，“Park持续收到来自世界顶尖半导体和数据储存供应商的采购订单“。Sang-il Park博士曾作为斯坦福大学课题组的小组成员参与开发了世界首台原子力显微镜，并于1988年研发了首个商业型原子力显微镜。“即使是受疫情影响的近两年Park依旧以超过20%的复合增长率快速成长，订单持续走高。” KOSDAQ的估值接近10亿美元，吸引了外国投资者的注意，他们积极购买股票，使公司的持股比例从1月的11%增加到3月的18%。不仅如此， Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）还在最新公布的2020福布斯亚洲10亿美元以下200强企业上榜，更是获得科斯达克（KASDAQ）大奖，并在富时（FTSE）小型股指数上榜。 2020年， Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）与IMEC签署了第二期JDP协议合 作开发用于半导体制造的纳米计量解决方案。不仅如此， Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）还完成了对Molecular Vista的股权投资， Molecular Vista作为一家AFM的生产商，该公司主要聚焦于基于光诱导力显微镜的纳米红外技术（IR PiFM）进行AFM红外联用的定量可视化研究工作，从而实现分子水平上探测和解析物质的红外光谱特征。 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）总部设在韩国首尔。自成立以来，以不可忽视的实力全球化扩张，如今 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）已成为用于工业、研究和学术纳米尺度研究的原子力显微镜(AFM)工具的首要供应商。在全球范围内应用广泛的技术研究所促进了许多领先的原子力显微镜技术的发展，包括 True Non-Contact （非接触）技术、SmartScan操作软件、可用于纳米力学分析和电气模式的PinPoint模式 最近 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）还推出了用于纳米级光刻的智能Litho。 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）是第一家具有里程碑意义的原子力显微镜制造公司。其基于挠性的扫描系统带来了新水平的准确性、分辨率和样品处理技术。2024年， Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）将扩大并搬迁公司总部，以推进公司的运营和技术发展。 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）将为科学和工业实验室引入一种具有人工智能和机器人智能化的全新全自动化原子力显微镜 ，敬请期待！ 关于 Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）帕克原子力显微镜是全球第一个推出商业原子力显微镜产品的上市公司。Park（帕克）公司成立30多年来，始终致力于纳米领域的形貌&力学测量和半导体先进制成工艺的计量的新技术新产品的开发。Park（帕克）独有的技术是将XY和Z扫描器分离，实现探针与样品间的真正非接触，避免形貌扫描过程中因探针磨损带来的图像失真，快速成像还可以大大提高测试效率，降低实验测试成本。Park（帕克）公司成立至今，致力于新产品和新技术的开发，为客户解决各种技术难题，提供最完善的解决方案。Park（帕克）公司的原子力显微镜以高尖端产品质量和快捷优质的售后服务受到广大客户的认可。为了给客户提供高效便捷的售后服务， Park（帕克）公司在中国区建立有售后服务中心并配有备件仓库。

仪器信息网讯 2021年4月20日，世界知名原子力显微镜制造商Park Systems（中文名称：帕克原子力显微镜）宣布，公司股票估值超过1万亿韩元(近10亿美元)。 Park Systems于2015年12月17日在KOSDAQ首次公开发行了100万股股票，KOSDAQ相当于韩国的纳斯达克(NASDAQ)。自首次公开募股以来， Park Systems已发展成为全球原子力显微镜领域的行业翘楚，尤其在原子力显微镜半导体先进自动化领域优势明显，并将原子力显微镜（AFM）技术作为纳米尺度测量的首要工具带入主流。Park Systems创始人兼CEO Sang-il Park博士在接受采访时候表示，“Park持续收到来自世界顶尖半导体和数据储存供应商的采购订单“。Sang-il Park博士曾作为斯坦福大学课题组的小组成员参与开发了世界首台原子力显微镜，并于1988年研发了首个商业型原子力显微镜。“即使是受疫情影响的近两年Park依旧以超过20%的复合增长率快速成长，订单持续走高。”帕克原子力显微镜创始人兼CEO Sang-il Park博士KOSDAQ的估值接近10亿美元，吸引了外国投资者的注意，他们积极购买股票，使公司的持股比例从1月的11%增加到3月的18%。不仅如此， Park Systems还在最新公布的2020福布斯亚洲10亿美元以下200强企业上榜，更是获得科斯达克（KOSDAQ）大奖，并在富时（FTSE）小型股指数上榜。2020年， Park Systems与IMEC签署了第二期JDP协议合作开发用于半导体制造的纳米计量解决方案。不仅如此， Park Systems还完成了对Molecular Vista的股权投资， Molecular Vista作为一家AFM的生产商，该公司主要聚焦于基于光诱导力显微镜的纳米红外技术（IR PiFM）进行AFM红外联用的定量可视化研究工作，从而实现分子水平上探测和解析物质的红外光谱特征。Park Systems总部设在韩国水源。自成立以来，凭借实力逐渐全球化扩张，如今 Park Systems已成为用于工业、研究和学术纳米尺度研究的原子力显微镜(AFM)工具的首要供应商。在全球范围内应用广泛的技术研究所促进了许多领先的原子力显微镜技术的发展，包括 True Non-Contact （非接触）技术、SmartScan操作软件、可用于纳米力学分析和电气模式的PinPoint模式 最近 Park Systems还推出了用于纳米级光刻的智能Litho。Park Systems是一家具有里程碑意义的原子力显微镜制造公司。其基于挠性的扫描系统带来了新水平的准确性、分辨率和样品处理技术。据悉，2024年， Park Systems将扩大并搬迁公司总部，以推进公司的运营和技术发展。 Park Systems将为科学和工业实验室引入一种具有人工智能和机器人智能化的全新全自动化原子力显微镜 ，值得期待！

p style=" text-indent: 2em " strong style=" text-indent: 2em " 仪器信息网讯 /strong span style=" text-indent: 2em " 2020年4月29日，Park原子力显微镜 /span span style=" text-indent: 2em " （Park Systems） /span span style=" text-indent: 2em " 宣布最终完成对美国加州圣何塞的Molecular Vista进行的股权投资。Molecular Vista作为一家AFM生产商，主要聚焦于基于光诱导力显微镜的纳米红外技术（IR PiFM）进行AFM红外联用的定量可视化研究工作，从而实现分子水平上探测和解析物质的红外光谱特征。 /span br/ /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 248px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/2bc24c29-00d3-40a2-8f65-8bcb1a9f9b02.jpg" title=" 0.jpg" alt=" 0.jpg" width=" 600" height=" 248" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " Molecular Vista推出全新一代的原子力显微镜VistaScope与红外光诱导力显微镜联用, 提供纳米成像与光谱 /span /p p style=" text-indent: 2em " 原子力显微镜(AFM)经过30多年的发展后，从形貌测试及其它常规功能来看已经非常成熟。然而常规的原子力显微镜也越来越无法满足科研人员在纳米尺度下对于样品进行多性质原位测试分析的更高需求，尤其在化学、光学、电学、热学、力学等领域。在这一背景下，美国Molecular Vista应运而生，推出了全新一代原子力显微镜VistaScope。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " PiFM是AFM和IR光谱在集成研究系统的的联用工作，可以有效进行并实现纳米尺度材料表面物性和化学分析，并广泛应用于各种有机和无机材料，为最新的材料，化学研究工作提供重要的研究和分析手段。 /span /p p style=" text-indent: 2em " “我们相信，Molecular Vista凭借独有的技术已经走在了AFM行业的最前沿，” strong Park原子力显微镜首席执行官Sang-il Park博士 /strong 评论道。“我们很高兴能够成为由Sung Park和他的管理团队创建的AFM红外联用前沿技术的公司的重要组成部分，公司发展未来可期。” /p p style=" text-indent: 2em " AFM能够进行纳米级形貌成像，并且包括其他多种测量模式，对样品的机械性能，电学性能和多种物理特性进行成像。 现在，随着PiFM技术的加入，Molecular Vista将凭借AFM在纳米材料/结构领域超过30年的应用和研究成果，为研究人员和工程人员提供化学和分子组成信息。 /p p style=" text-indent: 2em " “Park原子力显微镜的投资将帮助显著扩展我们技术驱动的IR PiFM平台，填补纳米级分子和化学分析的一个关键空白，” strong Molecular Vista首席执行官Sung Park /strong 声明到。“我们很荣幸能够和与AFM自发明以来就处于领先地位的行业领导者Park原子力显微镜公司成为股权合作伙伴。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关于Park原子力显微镜公司 /strong /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 67px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/0fd78963-fe61-431b-9161-33ecd556624b.jpg" title=" 0.png" alt=" 0.png" width=" 200" height=" 67" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " Park原子力显微镜公司（Park Systems）成立于1997年，是一家专门从事纳米设备测量的公司，Park公司在AFM技术发展中发挥着举足轻重的作用， Park的AFM系列为用户提供无与伦比的准确性和易用性。通过专门设计用于材料科学，电子学，生命科学，纳米技术以及其他研究和工业领域的原子力显微镜。Park原子力显微镜已经是一家在韩国股市交易中心（KOSDAQ）的上市公司，总部位于韩国水源，并在 中国，美国，德国，墨西哥，日本和新加坡都设有分公司。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 关于Molecular Vista /strong /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 62px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/e78f7aec-e5b8-4904-b961-806a1036dcda.jpg" title=" 0.png" alt=" 0.png" width=" 200" height=" 62" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " Molecular Vista致力于设计，开发和提供工具，旨在让客户通过定量可视化在分子水平上探查和了解物质。其首个产品VistaScope提供了灵活的混合原子力显微镜（AFM）和光谱学平台，用于研究具有化学特异性且具有纳米空间分辨率的材料和生物系统。 VistaScope配备了获得专利的光致感应力显微镜（PiFM），可通过检测尖端与样品之间的时间积分力直接在近场中测量样品的光致偏振。通过对特定于不同化学实体的红外波长进行成像，PiFM可以解析各种多相和多组分系统中每种化学物质的纳米级分布，从而为研究人员揭示了前所未有的壮观分子前景。 /p p style=" text-indent: 2em " VistaScope建立在具有顶部，底部和侧面照明/收集（均具有高NA）功能的超稳定和灵活的光学平台之上，并可以配备互补技术，例如散射SNOM（Vista-SNOM）和尖端增强拉曼光谱仪光谱仪（Vista-TERS）。 /p p style=" text-indent: 2em " Molecular Vista由两位行业资深人士创立，他们是Kumar Wickramasinghe教授（加州大学Irvine分校，曾任职IBM Research）和Sung Park博士（Park Scientific Instruments的共同创始人）。 /p p style=" text-indent: 2em " br/ /p

回首2020年，疫情之下，原子力显微镜（AFM）市场受到一定波及，仪器信息网对2020年AFM中标数据整理显示，相比2019年，2020年上半年AFM中标数量和金额下滑近三成，随着疫情好转，从6月份开始回暖，在年中和年底达到高峰，最终总中标数量和金额赶超2019年，中标金额超2亿元。(数据统计自中国公开招中标信息平台，数据不包括非招标形式采购以及未公开采购项目，结果仅供定性参考)时间篇：疫情影响下，上半年下滑，下半年扭转时间维度来看，2020年突发的新冠疫情，为市场主力在科研高校的AFM市场带来不确定性，采购活动随疫情发展而波动明显。统计中标数量来看，疫情爆发初期的1月份相比2019年同期下滑明显，随后的上半年具有不同程度减少，至六月份开始出现回暖，并在7月、11月、12月达到高峰，最终实现扭转，全年中标金额超过2亿元。用户篇：高校院所为主，半导体等工业用户需求递增用户来看，高校院所依旧是AFM采购主力，2019-20两年统计数据中，高校院所等科研单位占比超九成，且许多高校在两年内采购多套，如浙江大学、厦门大学分别采购了7套，而南昌大学、华南理工大学、华东理工大学、山东大学分别采购了6套。同时，半导体等工业用户采购数量呈递增趋势。随着AFM技术逐渐易用化、功能逐渐多元化，AFM技术正被更广泛领域的用户认可，其应用正逐步从科研院所走向工业领域。统计中的工业采购用户包括华虹半导体（无锡）有限公司、云南创视界光电科技有限公司、上海新昇半导体科技有限公司、山西烁科晶体有限公司、南京孵鹰智能科技有限公司、绵阳惠科光电科技有限公司、广东聚华印刷显示技术有限公司等。采购地区分布来看，高校科研集中的北京两年中标数量领衔，近来大力科技建设的广东紧随其后，仅2020年广东中标统计就超过20套，在2020单年中标数量中领衔。第二梯队包括山东、上海、江苏等地区两年中标数量都超过20套。品牌篇：布鲁克领衔，牛津仪器、韩国Park随后从中标品牌来看，在标注品牌的中标标的中，布鲁克市场优势明显，尤其在高校科研市场。其次牛津仪器在高校科研市场也表现不俗，位列第二。韩国Park（Park Systems）依靠在工业市场的优势及近来的市场拓展，紧随其后，位列第三。其他品牌还包括NT-MDT、Nanosurf、岛津、日立高新、国仪量子（量子钻子原子力显微镜）、WITec（拉曼联用）、HORIBA(拉曼联用)等。 如上图，2019-20两年内，工业领域用户采购AFM近30套，韩国Park在工业领域优势明显，尤其半导体相关企业。其次是布鲁克、牛津仪器等。产品篇： 生物型、联用技术受关注2019-20两年中标AFM中标注型号的标的来看，比较受用户青睐的型号包括：布鲁克的Dimension Icon、Nanowizard 4xp、Multimode 8等；牛津仪器的Cypher ES、MFP-3D-Origin等；韩国Park的NX10、NX20等。另外，从中标类型看，除了常规AFM，标注特殊类型的AFM约占近两成，生物型AFM和AFM联用技术产品成为近来大家关注的技术产品。生物型AFM中标中，布鲁克基于收购JPK技术的NanoWizard 4 XP生物原子力显微镜（Bio-AFM）系统最受欢迎。而联用技术产品中，除了比较热门的AFM-拉曼联用技术产品、AFM-光镜联用技术产品外，还包括AFM-红外联用、AFM-电镜联用、AFM-光镊-共聚焦联用、AFM-拉曼-电镜多技术联用等产品，目前这些联用技术产品更多以多品牌技术合作形式上市，如拉曼技术的HORIBA、雷尼绍，光镜电镜技术的尼康、蔡司等都有合作技术产品中标。更多原子力显微镜产品参数及信息，请点击查看对应仪器专场：扫描探针显微镜SPM（原子力显微镜AFM、扫描隧道显微镜STM）

基于多年在纳米生命科学全球领先的光镊和原子力显微镜应用经验，德国JPK公司首次将这两种技术搭建在同一个倒置光学显微镜上面，推出全球第一款商用光镊-原子力显微镜联用仪OT-AFM。OT-AFM不仅具有AFM的表面成像与测力功能，还具有光镊系统最高灵敏度的三维测力性能。集光镊三维高精度力学测量与操控和AFM高分辨率成像于一身的这套系统将开启一个全新的应用领域。这套联用系统不仅能满足最严格的机械稳定性的要求，还有非常高的灵敏性，模块化的设计。独特设计的联用平台是能将JPK光镊与AFM与细胞力谱仪集成于研究级倒置显微镜的关键所在。JPK在硬件和软件上具有非常成熟的与高端先进光学（如TIRF, Confocal，STED等）联用技术经验，我们可以很简单地将先进光学数据与光镊和AFM数据关联起来。在动态实验中，JPK AFM与光学数据同步采集而不相互干扰，因此这套联用系统能在力学测量中提供更多维度的操作空间。这套联用系统OT-AFM可以应用于许多新的研究领域，包括：细胞内相互作用；细胞与细胞或细胞与基质相互作用；免疫反应；细菌\病毒感染和纳米颗粒的摄取过程等。JPK赖以成名的光镊和AFM技术，加上与荧光技术的联用，创立了活细胞研究领域的最高标准。 JPK公司首席技术官（CTO）Torsten Jahnke博士这样描述这个令人振奋的突破：“功能化颗粒或修饰的微生物触发细胞反应是常见的方法。基于AFM的方法也可以观察细胞的结构、动力学、机械性能的变化，但是将目标物运输到细胞特点区域还是非常难以实现的。光镊能在时间和空间上精准地操控细胞或触发细胞反应，从而能显著地提高这些研究的产出效率、重复性和灵活性。我们独特的OT-AFM系统已经应用于定量研究树突状细胞（DCs）与貝有调控性的T细胞（Treg）之间信号传导对一般性T细胞（Tconv）黏附于同一树突状细胞性能的影响。” 关于JPK公司JPK 在1999 年成立于德国柏林，是一家全球领先的高科技纳米分析仪器跨国企业，其产品包括享誉全球的高分辨快速原子力显微镜、全自动力谱仪、测力型光镊、细胞力谱仪等高水平、高精度分析仪器，广泛应用于生命科学、高分子、纳米材料等高科技研究领域。JPK于2014年在中国成立“杰评科精密仪器贸易（上海）有限公司”，并设立有分析实验室、耗材备件仓库以及售后服务中心，为广大中国用户提供高效完美的测试解决方案，迅捷专业的售后服务和全方位的技术支持。 更多信息，请访问JPK公司主页或关注JPK中国官方微信号：JPK_China。

项目编号：S2022067项目名称：光谱联用的超高真空非接触式原子力显微镜预算金额：600.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：600.0000000 万元（人民币）采购需求：详见公告合同履行期限：合同签订后三个月内本项目( 不接受 )联合体投标。

一、项目编号：0811-234DSITC0372（招标文件编号：0811-234DSITC0372）二、项目名称：纳米拉曼成像系统（高分辨共聚焦显微拉曼光谱仪与原子力显微镜联用系统）三、中标（成交）信息供应商名称：国药集团国际贸易（香港）有限公司供应商地址：香港湾仔轩尼诗道288号英皇集团中心1601室中标（成交）金额：449.5600000（万元）四、主要标的信息序号供应商名称货物名称货物品牌货物型号货物数量货物单价(元)1国药集团国际贸易（香港）有限公司纳米拉曼成像系统（高分辨共聚焦显微拉曼光谱仪与原子力显微镜联用系统）HORIBA FRANCE SASLabRAMOdyssey Nano壹套4495600五、评审专家（单一来源采购人员）名单：王宇晓、范冬梅、边玮、陈燕、褚成成（采购人代表）六、代理服务收费标准及金额：本项目代理费收费标准：按照国家发改委1980号文件《招标代理服务费管理暂行办法》规定标准下浮33%收取，服务费金额不足8000元的，按8000元收取。本项目代理费总金额：3.5813000 万元（人民币）七、公告期限自本公告发布之日起1个工作日。八、其它补充事宜1、本项目为机电产品国际招标项目，本公告已于同日在机电产品招标投标电子交易平台、中国招标投标公共服务平台同步发布。2、本项目中标金额为（CIP人民币）4,495,600.00，合同最终结算时以实际发生金额为准。3、本项目的评标结果已在机电产品招标投标电子交易平台、中国招标投标公共服务平台上公示，评标结果公示无异议，根据《机电产品国际招标投标实施办法（试行）》，本项目的评标结果已自动生效并进行公告。”九、凡对本次公告内容提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：同济大学　　　　　地址：上海市四平路1239号　　　　　　　　联系方式：贾老师　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：上海东松医疗科技股份有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：0086-21-63230480转8610、8621　　　　　　　　　　　　联系方式：林之翔、张智岚　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：林之翔、张智岚电　话：　　0086-21-63230480转8610、8621

新品：原子力显微镜AFM100系列AFM100系列原子力显微镜在提高操作便利性基础上，实现了更低噪音，更高分辨率和更低的漂移量，可用于科学研究开发以及质量管理。系列包括高性能AFM100 Plus及其入门型号AFM100两种机型。通过使用AFM100/100Plus，任何人都能轻松且稳定地获取可靠数据，从而完成从科学研究用途到质量管理中的日常作业。特别是AFM100 Plus，其用途广泛，可用于3D形貌观察、粗糙度分析、物性评估等领域。并可配置AFM Marking功能，实现与电子显微镜同一位置观察。 产品特点高性能：极低系统噪音，低漂移；高效率及操作简易化：Pre-mount cantilever预装探针系统，Realtune II参数自动优化，Recipe菜单化测量；电镜联用：AFM Marking功能，实现与日立电子显微镜的联用；高效的支持：自诊断功能，离线软件。 第三届原子力显微镜网络研讨会日期：8月18日时间：9:30-10:00题目：日立新一代AFM100系列原子力显微镜报告人：日立科学仪器(北京)有限公司 高级工程师 刘金荣 想了解更多产品信息，请点击链接，报名参与！https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/AFM2021.html公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

p 　　原子力显微镜 (atomic force microscope, AFM)基于其原子级高空间分辨率，且可以测量纳米级别的多种物理性质，技术历史只有30余年，但已得到广泛应用，随着更多纳米科研人员对其不断认知与关联等技术的不断丰富，AFM应用市场还在不断拓延。 br/ /p p 　　在过去的2019年，AFM应用市场继续火热，除了纳米科学等科研领域，随着半导体领域的复苏与5G技术的崛起，半导体等工业领域的成功应用案例也逐渐显现。此背景下，仪器信息网针对2019年全年以招标形式采购AFM的中标数据进行统计整理，窥见AFM中国市场最新动向。 span style=" color: rgb(127, 127, 127) " (数据不完全统计自中国公开招中标信息平台。由于数据不包括非招标形式采购以及未公开采购项目，数据结果只作定性参考) /span /p p 　　整体而言，2019年全年，统计到96家单位采购了132台/套原子力显微镜，总中标金额约1.9亿元。从采购类型来看，132台AFM采购项目中，包含了对多种类型AFM的广泛需求。其中标明生物型AFM的18项，体现了对生物型AFM的不断更多需求。标明AFM与拉曼联用、AFM与光学显微镜联用的标的各5个，展现了对此两类联用技术的需求呈现。其他联用技术的标的还包括AFM与电镜技术的联用、AFM与可见-红外光谱技术的联用等。 /p p 　　96家采购单位以高校院所为主，也包含部分企业单位，如江西铜业集团有限公司、半导体企业上海集成电路制造创新中心有限公司、华虹半导体(无锡)有限公司、成都光明光电有限责任公司、中国石油物资有限公司等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 336px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/0f8d108e-5696-4d7a-a3fd-29b33b3f0ccc.jpg" title=" AFM单位分布.png" alt=" AFM单位分布.png" width=" 500" height=" 336" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 统计2019年采购超过2台AFM的单位分布图 /span /p p 　　从上图具体采购超过2台AFM的单位分布来看，浙江大学在2019年采购达5台AFM，中标品牌包括帕克原子力显微镜(Park Systems)和牛津仪器。厦门大学和南昌大学分别采购4台AFM，布鲁克与牛津仪器各有中标。其次还包括6所高校院所分别采购了3台AFM，14家高校院所分别采购了2台AFM。这些采购多台AFM的单位，主要是单位中不同院系的不同采购项目，部分则是同一项目不同科研需求采购了功能不同的AFM，特殊的需求如生物型AFM、与拉曼联用AFM、与光镜联用AFM等。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/a663d215-139b-4ce7-bb07-80126c1cb125.jpg" title=" AFM中标数量月度分布.png" alt=" AFM中标数量月度分布.png" width=" 500" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 统计2019年AFM中标数量月度分布图 /span /p p 　　从2019年AFM中标数量时间分布来看，除了受春节影响，2、3月份中标偏低外，整体而言，每个月份AFM中标数量波动不大，均超过10台，后半年略有增加。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 274px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/45e8a324-ca76-4c67-9074-7bfa1b5e5e99.jpg" title=" AFM中标数量金额省份.png" alt=" AFM中标数量金额省份.png" width=" 500" height=" 274" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 统计2019年AFM中标数量/金额省份分布图 /span /p p 　　从AFM中标地区分布来看，作为全国高校集中、科技资源丰富的北京，采购了最多的23台，遥遥领先于其他省市。广东、山东、江苏三省采购也超过10台。采购金额来看，各省市金额与数量趋势整体相当，采购较多的省市中，山东、江苏、浙江、四川采购AFM均价相对较低，天津等均价较高。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 286px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/48dd4a4a-dd92-44fc-b277-e2e0824ce1a6.jpg" title=" AFM中标品牌金额分布.png" alt=" AFM中标品牌金额分布.png" width=" 500" height=" 286" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 统计2019年AFM中标品牌金额分布饼图 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " (只含标注品牌的标的，不含代理商标的) /span /p p 　　统计2019年AFM中标的132台采购项目中，标明AFM品牌的104项，对此104中标项目进行品牌金额分布分析如上图。可以看到，布鲁克中标金额占比达到45%，遥遥领先的市场占有，除了基于布鲁克在2010年收购当时原子力显微镜巨头Veeco，近些年围绕原子力显微镜技术的系列收购(如收购德国JPK补强AFM生命科学领域技术 收购美国Anasys Instruments，拖延AFM化学分析方面的功能等)也在不断增强其综合实力。 /p p 　　其次，是牛津仪器的16%，牛津仪器在2012年收购距今20年历史的原子力显微镜品牌Asylum Research，凭借Asylum Research的技术积累与牛津仪器的市场推广优势，使得其AFM产品在中国市场获得不错的口碑，尤其在材料科学领域。 /p p 　　接着， Park Systems、Scienta Omicron、HORIBA中标金额分别占去8%。Park Systems于1997年在韩国成立，但技术渊源可追溯至AFM技术诞生的30余年前，随着AFM技术积累，科研、工业领域尤其半导体等都有着不俗表现，近年来随着对中国市场的重视与北京分公司设立，其中国市场业绩步入上升期。 /p p 　　HORIBA基于与扫描探针显微镜制造商AIST-NT四年的合作，2018年成功完成对AIST-NT的收购。基于其在拉曼光谱技术方面的优势，使得扫描探针显微镜与拉曼光谱技术联用的技术成功商品化，而这种联用技术的广泛需求为HORIBA迎来新的市场机会。 /p p 　　其他进口品牌还包括纳瑟、日立高新、岛津等。同时，国产品牌方面，本原、飞时曼也有中标，平均单价约为进口品牌的三分之一或以下，但中标数量仍然有限，采购用途多为教学或特殊需求项目使用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 258px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/ab33f947-d879-4e58-8db9-609eaf5a1b3e.jpg" title=" AFM中标型号数量1.png" alt=" AFM中标型号数量1.png" width=" 600" height=" 258" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 224px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202001/uepic/cbc18d81-cfe4-410f-a3d1-076d1150ae4f.jpg" title=" AFM中标型号数量2.png" alt=" AFM中标型号数量2.png" width=" 600" height=" 224" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 统计2019年AFM中标型号数量分布图 /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(127, 127, 127) " (只含标注型号的72项标的) /span /p p 　　统计2019年AFM中标的132台采购项目中，标明AFM型号的72项，对其型号数量分布如上图，可以看到，热门中标型号包括布鲁克的Nanowizard 4 、Multimode 8、Dimension Icon，牛津仪器的MFP-3D Bio、MFP-3D-Origin以及Cypher系列，Park Systems 的NX-10、NX-12，HORIBA的SmartSPM，日立高新的AFM5100N，本原的CSPM5500，飞时曼的FM-Nanoview等。 /p p style=" text-indent: 2em " 更多原子力显微镜产品参数及信息，请点击查看对应仪器专场： a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/60.html" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 扫描探针显微镜SPM（原子力显微镜AFM、扫描隧道显微镜STM） /span /strong strong span style=" color: rgb(0, 176, 240) " /span /strong /a /p

2016年6月30日，日立原子力显微镜应用技术研讨会在上海举行，来自北京、上海、南京等地区的20多位专家学者参加了此次技术研讨会。会议前后，日立原子力显微镜应用工程师在中科院上海硅酸盐研究所对用户进行了系统的应用培训。　　此次研讨会邀请到了中科院上海硅酸盐研究所的曾华荣研究员做了题为《高分辨扫描探针压电-声学-热学显微术及其应用研究》的报告，介绍了其在铁电材料研究中对于日立高分辨型原子力SPA-400及日立环境型原子力显微镜AFM5300E的应用心得。日立高新北京分公司总经理加藤博司先生、天美公司上海分公司总经理顾家晖先生分别致辞，日立原子力显微镜全球应用中心山冈武博博士，日立高新北京分公司罗琴女士，天美公司原子力应用工程师周海鑫博士等人参与了研讨会。　　日立高新北京分公司总经理加藤博司先生在致辞中介绍了日立原子力的发展历程，并对日立原子力显微镜的发展规划向与会学者做了介绍。天美公司上海分公司总经理顾家晖先生对于日立原子力显微镜的市场发展情况进行了回顾，并对日立原子力显微镜日后的发展表达了美好的祝愿。　　中科院上海硅酸盐研究所曾华荣教授结合其在铁电畴领域的应用，对压电响应显微术、扫描探针声学显微术、扫描热学显微术、扫描热电显微术等先进探针显微术的特点进行了介绍，扫描探针压电-声学-热学联用研究的方式引起了与会学者的极大兴趣。　　日立原子力显微镜全球应用中心山冈武博博士针对日立环境可控型原子力显微镜AFM5300E的特点，介绍了AFM5300E在力学、磁学、电学等方面的应用。AFM5300E可调节密闭样品仓中的温度、湿度，并可使样品处于真空或者气氛保护条件下进行原子力测试。山冈博士将日本运用AFM5300E取得的最新科研成果向大家做了分享。　　天美公司原子力应用工程师周海鑫博士介绍了日立原子力的产品线，对于高分辨型AFM5100N、环境可控型AFM5300E以及最新发布的全自动化原子力显微镜AFM5500M的特点和应用做了详细的介绍。　　最后，日立高新电镜应用工程师罗琴女士对于日立扫描电镜-原子力的联用方案进行了介绍。日立高新在扫描电镜领域拥有丰富的经验，原子力显微镜产品线的加入实现了SEM-SPM同位置同气氛保护方面的联用，为科研工作者提供了更加丰富的科研解决方案。日立高新与天美公司会继续以支持中国科技发展为己任，不断开发高性能仪器，为广大科研工作者提供更加优质的服务。关于天美：　　天美(控股)有限公司(“天美(控股)”)从事表面科学、分析仪器、生命科学 设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销 为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。继2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月 21日天美(控股)又在香港联交所主板上市(香港股票代码1298)，成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美(控股)积极 拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国 Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国 Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美(中国)官方网站：http://www.techcomp.cn

近日，国内首台红外原子力显微镜（Inspire）在北京化工大学安装调试成功。 Inspire™ 系统是Bruker公司最新推出的基于AFM的纳米尺度下红外表征系统。它可以在通常的AFM成像速度下，采集样品的红外反射和吸收图像，从而获得样品的化学成分信息。结合Bruker独有的PeakForce TappingTM ，在获得高分辨形貌的同时，可获得样品的模量、粘附力等力学信息，样品的电导性、功函数等电学信息，和纳米尺度上的化学成分信息，提供了材料多维度的关联信息，为材料科学微观尺度的检测提供了新的视野。Inspire红外原子力显微镜安装过程安装过程样品测试结果了解更多的产品信息请进入http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100735/ 或直接登陆布鲁克公司官网。

项目编号：ZKGSF(ZB)-20220607项目名称：山东能源研究院原子力显微镜及光谱仪采购项目预算金额：230.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：230.0000000 万元（人民币）采购需求：采购原子力显微镜，1套；傅立叶变换红外光谱仪，1套。合同履行期限：原子力显微镜：收到预付款后五个月；傅立叶变换红外光谱仪：收到预付款后5-6个月。本项目( 不接受 )联合体投标。

表面分析技术包括飞行时间二次离子质谱，扫描探针显微镜，X射线光电子能谱等技术，在生物医药的生产和研发过程中，对于药物，细胞等表面和一定深度的成份信息的表征具有非常重要的意义，也是生物医药领域必不可少的分析表征手段。基于此，仪器信息网网络讲堂将于2022年9月23日举办“表面分析技术在生物医药领域的应用”网络研讨会，特邀5位专家带来精彩分享，聚焦AFM、XPS等最新应用进展！为相关从业人员搭建沟通和交流的平台，促进相关仪器技术及应用的发展。日程全览，点击报名时间专家09:30韩东（国家纳米科学中心 研究员）主要研究方向：纳米生物医学成像与表征、生命复杂流体与管理、生物力药理学。《生物型原子力显微镜表面分析技术在活体样品上的应用》报告摘要：21年经验，纯干货分享！纳米成像表征技术的源头应用与适应性改造生物活体纳米成像、表征设备功能群针对关键科学问题的新手段、新技术研发关于细胞的力学模型10:00樊友杰（布鲁克 应用工程师）《高速原子力显微镜在生物表面表征中的应用》报告摘要：快速原子力的发展克服了传统原子力速度上的局限，高空间分辨率的同时在毫秒尺度上研究生化动力学过程成为可能。介绍商业化的视频级速度的生物弄原子力显微镜在生物样品领域里的成像，在使用非常小的作用力同时得到亚分子级结构的分辨率。介绍快扫型原子力在探索不同的天然和人工聚合物动力学过程的一些实例，还有原位研究细胞膜表面的动力学过程，及二维光敏蛋白质晶体细菌视紫红质的动态过程。介绍JPK最新的力学成像模式“定量成像模式（QI™ ）”Bruker生物弄原子力的全针尖扫描模式可以从结构上非常好地与现代主流倒置显微镜进行无缝偶合。10:30王化斌(中科院重庆绿色智能技术研究院 研究中心主任/研究员)中国科学院首批岗位特聘研究员，重庆市高分辨三维动态成像检测工程技术研究中心主任；长期从事光谱、成像及力学方面的研究工作。《原子力显微镜在生物样品成像和力学测量中的应用》报告摘要：介绍原子力显微的不同成像模式及应用实例分享原子力显微镜不同力学分析技术及应用情况11:00蔡斯琪（岛津企业管理（中国）有限公司 产品专员）《XPS表面分析技术在生物医药领域中的应用》报告摘要：X射线光电子能谱仪是表面分析领域中一种崭新的分析技术，通过测量固体样品表面约10nm左右被激发出光电子的动能，进而对固体样品表面的元素成分进行定性、定量及价态分析。报告中主要介绍XPS原理、技术特点以及XPS在生物材料及医疗器械等领域的应用，旨在让科研工作者对XPS表面分析技术在生物医用领域的应用有所了解。11:30周江涛（苏黎世联邦理工学院 助理研究员）主要研究兴趣有原子力显微镜及相关显微成像分析技术，在生物纳米纤维材料的形成机理和应用的研究。《原子力显微镜在成像及与光热谐振结合的微纳表面化学分析技术》报告摘要：简要原子力显微镜的原理及应用示例重点介绍原子力显微镜与可见/红外光结合的光热谐振技术，以及他们在纳米尺度的高灵敏度表面化学结构分析点击图片，即可免费参会，和嘉宾线上互动！

设备: 日立环境型原子力显微镜　AFM5300E　　 日立扫描电子显微镜　SU3500背景及目的SEM是检测电子束扫描样品所生成的2次电子，背闪射电子，特征X射线等信号，得出样品结构，成分，结晶特性，元素分布等信息。另一方面，SPM是利用探针和样品表面的相互作用，表征高精度样品形貌及硬度和摩擦力，吸附力等敏感的力学物理特性及电流，电气阻抗，表层电位，压电特性，磁性等电磁物理特性。在这里我们介绍，包含氧化铅和硫磺的橡胶样品的SEM背闪射电子图像和X射线面分布像及利用SPM的形貌像(AFM像)和相位像(Phase像)的观察结果。1) Phase像根据样品表面的硬度和吸附力对比，利用共振悬臂的相位变化成像物理特性的方法。图1　SPM、SEM的检测信息和橡胶样品中的应用2) 观察结果图2　橡胶样品的SEM、SPM观察同一视野结构观察在背闪射电子像（BSE像）里重元素的对比度高，EDX元素分析得知这个区域含有铅元素和氧元素。SPM的Phase像观测中我们选用两类橡胶的弹性有较大差别的冷却温度-10℃，致使微区当中明显区分两种橡胶分布。SEM和SPM联系起来，表面的形貌和元素，结构，各种物理特性(力学特性和电磁特性)的面分析信息相结合，给基础研究，产品研发等提供更多观察及分析手段。 关于日立环境型原子力显微镜　AFM5300E，请点击：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C244320.htm关于日立扫描电子显微镜　SU3500，请点击：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C168115.htm 关于日立高新技术公司：日立高新技术公司，于2013年1月，融合了X射线和热分析等核心技术，成立了日立高新技术科学。以“光”“电子线”“X射线”“热”分析为核心技术，精工电子将本公司的全部股份转让给了株式会社日立高新，因此公司变为日立高新的子公司，同时公司名称变更为株式会社日立高新技术科学，扩大了科学计测仪器领域的解决方案。日立高新技术集团产品涵盖半导体制造、生命科学、电子零配件、液晶制造及工业电子材料，产品线更丰富的日立高新技术集团，将继续引领科学领域的核心技术。更多信息敬请关注：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/

Park纳米科学原子力显微镜系列讲座培训一原子力显微镜在纳米研究中的应用：AFM的成像原理2021年5月25日(周二)北京时间下午3:30-4:30原子力显微镜(AFM)作为扫描探针显微镜家族的一员，具有纳米级的分辨能力，其操作容易简便，是目前研究纳米科技和材料分析的最重要的工具之一。此外原子力显微镜还具有摩擦性能，纳米机械性能和电学性能等高级性能。 在本研究中，我们将讨论接触模式、非接触模式和轻敲模式等原子力显微镜使用中的不同操作模式；内容将概括到从原子力显微镜测量中常用的原子相互作用的基本理论，到原子力显微镜的主要硬件组成。本讲座还将讨论各模式的关键点(如设定值、反馈)。 在接触模式下，系统会给探针恒定的力作为设定的基准点也就是设定点来物理接触样品。扫描期间为了维持这个设定点而进行反馈。在三种模式中，原理相对简单。然而，由于接触模式很容易对针尖和样品造成损伤。相比之下，非接触模式允许在不接触表面的情况下进行形貌测量。因此，可以很好地保护针尖和样品。轻敲模式与非接触模式原理相似，在扫描过程中，探针轻触样品表面，以获得测量材料属性分布的额外信息(例如模量分布)。 本次讲座主要针对AFM原理的基础知识，帮助大家了解探针和样品之间的相互作用。由三种模式测出的图像对比也将在讲座中呈现。报告人 : Park原子力显微镜应用科学家Chris Jung Chris Jung, is an Application Scientist for Park Systems Korea - Research Application Technology Center (RATC) department. He received his Master’s degree in Physics from the Kyung Hee University, and his Bachelor’s degree in Physics from Dankook University in South Korea. His major project includes Evaluation of Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) at the perspective of resolution.Park原子力显微镜系列讲座列表（5月-9月） 想了解更多详情，请关注微信公众号：Park原子力显微镜 400电话：400-878-6829 Park官网：parksystems.cn

2012年3月，随着天美公司第十三届产品技术服务&ldquo 千里行&rdquo 活动的展开，表面科学部门携手Park Systems对原子力显微镜的老客户进行了回访，并开展了相应的应用培训及设备维护活动。 为了加强天美公司在原子力显微镜产品上的技术服务力量，天美公司年初即在北京总部进行了例行的维修工程师培训。来自Park Systems的工程师Pitt Eun不仅深入细致的完成了培训工作，还参与了本次客户回访活动。双方工程师帮助北京航空航天大学的用户解决了近期遇到的技术问题，回答了客户在操作及信号输入输出等方面的疑问，客户对此非常满意。 此次质量千里行活动中，天美工程师还相继走访了清华大学、首都师范大学、浙江林科院、深圳莱宝高科、成都工程物理研究院等老用户，听取客户的意见，了解客户需求，帮助解决使用中遇到的问题。 首都师范大学纳米光电子学实验室由于人员的流动和变更，目前不能熟练掌握仪器的操作。为此，天美工程师陈强专门安排时间对客户进行了二次培训。该客户使用的是一套Park Systems原子力显微镜和Horiba JY拉曼光谱仪的联用系统，此实验室的科研重心是针尖增强拉曼光谱系统（Tip Enhanced Raman Spectroscopy, TERS）。Park Systems原子力显微镜在精确控制探针的垂直位置方面的设计是业界最为成熟可靠的，而这又是此科研领域实验技术的重点。Park Systems原子力显微镜很好的满足了该客户的科研需求。 浙江林科院的客户因为课题研究的需要，开始关注于原子力显微镜在分子解离力测量方面的应用。天美工程师为此专门详细介绍了解离力的相关概念和操作方法，帮助客户将课题研究引向了深入。 在此次为期一个多月的质量千里行活动中，天美公司各办事处工程师共拜访 了8家原子力显微镜用户，现场指导30余人次，维修维护设备8套。用户均对此次回访感到满意。本年度的质量千里行圆满结束了，但我们会重诺践行，将一如既往地为客户提供完善的技术支持和高质量的服务。

仪器信息网讯 2021年6月25日，Park帕克原子力显微镜公司(以下简称为“Park”)宣布推出一款重量级的全新系列原子力显微镜——Park FX40！该原子力显微镜集全自动技术、安全性能、智能学习等人工智能软件一体化，并描述之为“世界首台能够自动化所有前期设置和扫描过程的智能型原子力显微镜（AFM）”，Park FX40或将为研究界带来全新体验。全新型原子力显微镜Park FX40“与Park推出的前几代AFM系列不同，Park FX40自行负责了扫描前和扫描期间的所有设置，包括自动换针、探针识别、激光校准、样品定位以及近针和成像优化等操作。”Park全球产品研发部门副总裁Ryan Yoo评论道，“Park FX40兼有最新的人工智能技术和Park领先于半导体行业且价值百万美金的自动化技术，所以可以轻松自主执行上述任务。”Park FX40中文版预告视频于近日全球首播：新的 Park FX40 原子力显微镜不仅是几十个新功能的组合和原件的再升级，它还在原有的设计基础上，进行了全面而彻底的改革，使得AFM 具备高级的自动化能力。福音来了！即便是未经专业培训的研究型科学家们也能通过该显微镜轻松快捷地完成扫图过程，而专业的研究人员更可以将选择和正确装载探针的时间节省下来，以专注于他们更擅长的领域。除此之外，Park FX40还彻底升级了AFM的许多关键方面，其中包括采用尖端的机电技术极大降噪，减少束斑大小，调整光学视野，以及多功能嵌入样品台等。“作为研发的新品，Park FX40的强大功能来源于其他AFM迄今为止从未使用过的全新技术。”Yoo补充道。“我们很高兴能成为北美第一个体验Park FX40原子力显微镜的研究所。”哥伦比亚大学机械工程系的James Home教授发言道，“这款FX40增加了许多新功能并且升级了很多特性。作为Park的长期用户，我们对此感到非常兴奋和激动。这款FX40在人工智能和自动化技术上都实现了崭新的突破。我相信它可以极大地提高我们实验室的研究水平，并且推动整个纳米计量领域的创新。”Park FX 尖端的智能系统可以让用户在初始操作时同时放置多个样品（相同或不同类型），并将根据用户的需求进行自动成像。除此之外，该显微镜还能轻松及时地获取可发布的数据，并缩短研究周期来获得科学和工程上的最终成功。这些都有助用户实现更快更准的研究。 同时，Park FX40 独特的环境传感、自我诊断系统和避免头部碰撞的智能系统确保自身能够以更佳性能持续运行。据悉，在与全球原子力显微镜应用科学家们的密切合作下，Park产品市场部过去一整年都在不懈努力，潜心研发Park FX。“我们的科学家认识到AFM可以帮助研究人员获得前所未有的科学数据，并对纳米科学创新产生不可估量的影响。” Park公司的创立者，全球CEO朴尚一博士（Dr. Sang-il Park）评论道，“一直以来，我们都秉承着一颗赤诚之心来研发超级智能自动化的 Park FX 。因为我们的终极目标是为研究人员的工作保驾护航，帮助他们发现并打开科学更深处奥秘的大门！”在半导体市场，Park一直以其先进的自动化AFM 系统而闻名。它率先将AFM 技术作为纳米级计量的主要工具，使其成为行业的主流。而Park最新推出的Park FX也将为AFM创新领域开启新的篇章。关于Park帕克原子力显微镜公司Park公司成立于1988年，是全球第一个推出商业原子力显微镜产品的上市公司。Park公司成立30多年以来，始终致力于纳米领域的形貌、力学测量和半导体先进制程工艺的计量的新技术新产品的开发。Park独创的技术包括将XY和Z扫描器分离，实现了探针与样品间的真正非接触，避免形貌扫描过程中因探针磨损带来的图像失真，能够快速成像的同时还可以大大提高测试效率，降低实验测试成本等。Park公司成立至今，致力于开发新产品和新技术，旨在为客户解决各类技术难题，以提供最完善的解决方案。其原子力显微镜以高端的产品质量和快捷优质的售后服务受到广大客户的认可。为给中国客户提供更加高效便捷的售后服务， Park公司在中国区建立了售后服务中心并配有备件仓库。

原子力显微镜（Atomic Force Microscopy，AFM）是一种具有原子级别高分辨率的新型表面分析仪器，它不但能像扫描隧道显微镜（STM）那样观察导体和半导体材料的表面现象，而且能用来观察诸如玻璃、陶瓷等非导体表面的微观结构，还可以在气体、水和油中无损伤地直接观察物体，大大地拓展了显微技术在生命科学、物理、化学、材料科学和表面科学等领域中的应用，具有广阔的应用前景。1 原子力显微镜的工作原理1.1 基本原理AFM 进行表面分析的基本原理如下：AFM 中有一由氮化硅片或硅片制成的对微弱力极敏感的弹性臂，微悬臂顶端有一硅或碳纳米管等材料制成的微小针尖，控制这一针尖，使其扫描待测样品的表面，这一过程是由压电陶瓷三维扫描器驱动的。当针尖与样品表面原子做相对运动时，作用在样品与针尖之间的力会使微悬臂发生一定量的形变。通过光学或电学的方法检测微悬臂的形变，转化成为图像输出，即可用于样品表面分析。简单地说，原子力显微镜是通过分析样品表面与一个微弱力敏感元件之间的相互作用力来呈现材料表面结构的。1.2 工作模式（一）接触工作模式扫描时如果控制针尖一直与样品表面原子或分子接触，那么这种工作模式称为接触模式。在这一过程中，针尖原子与样品表面原子之间力的作用主要表现为是两者相接触原子间的互斥力（大小约为10-8-10-11 N）。接触模式下工作的原子力显微镜可得到稳定的、高分辨率的样品表面图像。但是这种工作模式也有它的不足之处：当研究易变形的样品（液体样品）、生物大分子等的时候，由于针尖与样品原子直接接触，会使样品表面的原子移动、粘附于针尖或者发生较大形变，从而造成样品损坏、污染针尖或者结果中出现假象。（二）非接触工作模式扫描时如果控制针尖一直不与样品表面的原子或分子接触，那么这种工作模式称为非接触模式。非接触工作模式下由于扫描样品时针尖始终在样品上方5-20 nm 距离范围内，针尖与样品间的距离较接触模式远，所以获得的样品表面图像分辨率相对接触模式较低。但正是这一距离也克服了接触模式的不足之处，不再会造成样品的损坏、针尖污染等问题，灵敏度也提高了。（三）间歇接触工作模式扫描时如果控制针尖间歇性的与样品表面的原子或分子接触，那么这种工作模式称为间歇接触模式，也称为轻敲模式，常通过振动来实现针尖与样品的间歇性接触。该模式下微悬臂的振动是由磁线圈产生的交流磁场直接激发的，针尖与样品表面原子作用力主要是垂直方向的，不再受横向力的影响。间歇接触工作模式集合了接触与非接触模式的优点，既减少了剪切力对样品表面的破坏，又适用于柔软的样品表面成像，因此特别适合于生物样品研究。2 原子力显微镜的组成AFM 的硬件系统由力检测部分、位置检测部分和反馈控制系统三部分组成。图1 所示为AFM 的工作原理图，从图中可以看出，AFM 就是通过集合以上三个系统来将样品的表面特性反映出来的：在AFM的工作系统中，使用由微小悬臂和针尖组成的力检测部分来感应样品与针尖间的作用力；当微悬臂受力形变时，照射在微悬臂末端的激光会发生一定程度的偏移，此偏移量反射到激光检测器的同时也会将信号传递给反馈控制系统；反馈控制系统根据接受的调节信号调节压电陶瓷三维扫描器的位置，最终通过显示系统将样品表面的形貌特征以图像的形式呈现出来。3 样品制备3.1 样品要求原子力显微镜研究对象可以是有机固体、聚合物以及生物大分子等，样品的载体选择范围很大，包括云母片、玻璃片、石墨、抛光硅片、二氧化硅和某些生物膜等，其中最常用的是新剥离的云母片，主要原因是其非常平整且容易处理。而抛光硅片最好要用浓硫酸与30%双氧水的7∶3 混合液在90 ℃下煮1h。利用电性能测试时需要导电性能良好的载体，如石墨或镀有金属的基片。试样的厚度，包括试样台的厚度，最大为10 mm。如果试样过重，有时会影响Scanner的动作，请不要放过重的试样。试样的大小以不大于试样台的大小（直径20 mm）为大致的标准。稍微大一点也没问题。但是，最大值约为40 mm。如果未固定好就进行测量可能产生移位。请固定好后再测定。3.2 样品制备粉末样品的制备：粉末样品的制备常用的是胶纸法，先把两面胶纸粘贴在样品座上，然后把粉末撒到胶纸上，吹去为粘贴在胶纸上的多余粉末即可。块状样品的制备：玻璃、陶瓷及晶体等固体样品需要抛光，注意固体样品表面的粗糙度。液体样品的制备：液体样品的浓度不能太高，否则粒子团聚会损伤针尖。（纳米颗粒：纳米粉末分散到溶剂中，越稀越好，然后涂于云母片或硅片上，手动滴涂或用旋涂机旋涂均可，并自然晾干）。4 原子力显微镜的应用4.1 在材料科学及化学中的应用目前，AFM 在材料科学中主要应用于材料的表面结构、表面重构现象以及表面的动态过程（例如扩散现象）等方面的研究，表面科学的中心内容是研究晶体表面的原子结构，例如从理论上推算出的金属表面结构往往不如实际复杂，借助原子力显微镜可以直观地观察材料的表面重构现象，有助于理论的进一步完善。4.1.1 在探测材料样貌方面的应用利用原子力显微镜来观测材料的样貌进行成像的时候，材料与探针之间出现相应作用力改变能够很好的反映出材料表面的三维图像。可以通过数值分析出材料表面的高低起伏情况，因此，在利用原子力显微镜对材料进行图像分析的时候，可以有效地发现材料表面的颗粒程度、粗糙程度、孔径分布以及孔的结构等。可以利用这种成像的方式把材料表面的情况形成三维图像进行模拟显示，促使形成的图像更加利于人们观察。4.1.2 在粉体材料中的应用在对粉体材料进行分析和研究的时候，可以利用原子力显微镜来逐渐分析原子或者分子中尺度，从而保证可以准确观测晶体以及非晶体的位置、形态、缺陷、聚能、空位以及不同力之间的相互作用。一般来说，粉体材料基本上都是使用在工业中的，但是现阶段有关于检测粉体材料的方法还是十分少的，研制样品也相对比较困难。原子力显微镜实际上是一种新兴的检测方式，具有操作方便、制样简单等特点。很多专家学者认为，人们使用化学方式研制出了SnS粉末，利用原子力显微镜把涂在硅基板上的材料进行成像，从图像上我们很容易发现此类材料具有分布均匀的特点，每一个大约15nm。4.1.3 在晶体材料中的应用专家学者经过不断研究和分析得到了很多晶体生长的模型，但是经过更加深入的分析和研究发现这些理论模型和实际情况是否相同还是具有一定差异，也逐渐成为学者讨论和研究的重点，所以人们希望通过显微镜来监测和观察生长过程。虽然，使用传统的显微镜已经观测出一定的成果，但是由于这些光学显微镜、激光全息干涉技术等存在分辨率不是十分高、实验条件不是很好以及放大不足等问题，使得研究过程出现很大困难，导致不能观测纳米级的分子等。原子力显微镜的发展，为科学家们研究纳米级分子或者原子提供了依据，也成为了专业人士研究晶体过程的重要方式。利用这种显微镜具有的能够在溶液中观察以及高分辨率等特点，可以保证科学家们能够很好的观测到晶体生长过程中的纳米级图像，从而不断分析和掌握材料的情况。4.2 在生物学中的应用AFM 能在气体、液体中无损伤地直接观察物体，可对生物分子在近生理条件下进行检测，是生命科学研究中的有力工具。目前，在生命科学中AFM 主要应用于对细胞、病毒、核酸、蛋白质等生物大分子的三维结构和动态结构信息进行研究。4.2.1 对细胞膜表面形态的研究细胞膜有重要的生理功能，它既使细胞维持稳定代谢的胞内环境，又能调节和选择物质进出细胞。AFM 能够观察到细胞膜表面的超微结构，因此它可以用来观察正常细胞与病变细胞的细胞膜，发现两者的异同，为临床病理诊断提供新的视角和方法。4.2.2 测定细胞弹性以及力学性质病变这一生理过程与细胞的形态和力学性质有关。细胞形态学的变化会影响和反映细胞性质、功能以及细胞微环境的改变。健康细胞与病理状态的细胞在机械性能上是完全不同的。抓住这一点，可以利用AFM 测量出的细胞弹性性质识别癌细胞，以及辅助诊断红细胞相关的各种疾病等，从细胞层面上对各种疾病进行早期诊断和治疗。4.2.3 检测活细胞间相互作用AFM 也可以对细胞间的相互作用进行观察。将一种细胞连接在AFM 扫面探针的尖端，使针尖功能化，对另一种单层排列的细胞进行扫描就可以进行细胞间相互作用的研究。4.2.4 观察动态生物过程AFM也是观察细胞生物过程非常有效的工具。研究痘病毒和活细胞，得到了痘病毒感染活细胞全过程的AFM 图。通过活着的细胞观察子代病毒颗粒，并用AFM 在水溶液环境中在分子水平分辩出有规则重复的烙铁状结构和准有序的环状结构。观察中发现: 在感染前后最初几小时，细胞并无显著变化 子代病毒粒子沿细胞骨架进入细胞内部，还有胞吐、病毒颗粒聚集等现象。通过AFM 图像可以看出哑铃状小泡逐渐形成、消失并在细胞膜表面形成凹陷的全过程。4.2.5 观察生物大分子之间相互作用在生物体内，DNA 与蛋白质间的相互作用有着同样举足轻重的地位。在转录、翻译的过程中，DNA 与特定的蛋白质如解旋酶、聚合酶、启动因子等的结合就决定着生命活动的开启。Gilmore 等利用AFM 以每500 ms 拍摄1 次的速度，清晰地观察到了蛋白质在DNA 上的结合情况。因此，AFM 可以真正帮助我们深入地“看到”生命活动的本质。4.2.6 测定细胞电学性质细胞不论在静止状态还是活动状态，都会产生与生命状态密切相关的、有规律的电现象，生物电信号包括静息电位和动作电位，其本质是离子的跨膜流动。因此，研究细胞的电生理学也成为了生命科学领域一个重要的分支。在AFM 系统中增加了导电模块，在迎春花细胞、酵母菌细胞等样品和探针之间加一个偏压，在扫描的过程中，同时获得样品的表面形貌和电流像，且在成像的同时检测探针和细胞样品之间的电流，得到样品表面形貌和局域电流分布及两者之间的对应关系，从而实现AFM 在纳米尺度上对细胞样品电学特性的分析检测。参考文献[1]高翔.原子力显微镜在材料成像中的应用[J].化工管理,2015(08):67.[2]王明友,王卓群,焦丽君.原子力显微镜在表面分析中的应用[J].邢台职业技术学院学报,2015,32(01):75-78.[3]万旻亿.原子力显微镜的核心技术与应用[J].科技资讯,2016,14(35):240-241.[4]鞠安,蒋雯,许阳,杨升,常宁,王鹏,顾宁.原子力显微镜在生命科学领域研究中的应用进展[J].东南大学学报(医学版),2015,34(05):807-812.

对极限微观的不断探索源于人们原始的求知欲。国际度量衡制度的确立为我们指引了探索的方向。从米到毫米，从毫米到微米，从微米到纳米。当物质被我们不断地“劈碎”。越来越多新性质，新现象，新功能被发现。人们对自然的认识越来越深刻，对物质的操纵也越来越得心应手。 从二十世纪末开始，人类对微观的探索延伸到了纳米领域。在这个从仅比原子高一个层级的尺度范围内，物质展现了一种和宏观截然不同的状态和性质。表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的是超高强度、超高导电性、超流动性、超高催化活性等等无与伦比的属性。 碳纳米管作为第一种人工合成的纳米材料，甫一问世，其超高强度就惊艳世人。它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍。 单壁碳纳米管高度（直径）测量在碳纳米管被研制出来以后，双壁碳纳米管、掺杂碳纳米管、复合碳纳米管等多种材料被源源不断制作出来。极小的尺度和样品多样性，迫切需要一种合适的检测工具。 在纳米尺度下，光学显微镜的分辨率早已鞭长莫及，电子显微镜则因为严格复杂的制样过程使测试门槛令人高不可攀，激光粒度仪对长径比过大的样品测试误差极大也不适合。这时，较合适的观测工具就是原子力显微镜。 原子力显微镜作为专门的纳米材料表征工具，天然具有高分辨率、高环境兼容性、多属性分析种种优势。 原子力显微镜观察的不同碳纳米管形态在生产中，因工艺不同，会产生长短粗细不同的碳纤维。如何有效对这些样品进行归类分析是个大问题。 不同工艺下碳纳米管分散状态借助岛津原子力显微镜配备的颗粒分析软件，则可以自动分析筛选，并对纤维的各种尺度进行统计分析。 极长和极短碳纳米管的自动分类统计同样，对于常见到的纳米材料——纳米颗粒而言，也可以依靠该软件进行统计分析。 纳米颗粒的粒径统计而且，利用原子力显微镜，还可以有效观察同样粒径下颗粒的不同形貌。例如以下两个颗粒，粒径均在100nm左右，如果用激光粒度仪测试，会被归为一类。但是用原子力显微观察，则可以发现很大的不同。 粒径近似的纳米颗粒聚集形态左侧的颗粒是单个粒子，二右侧的则是多个颗粒聚集形成的，在原子力显微镜的小范围观察图像中可以清晰分辨二者的不同。 但是，通常的原子力显微镜很难兼顾大视野和高分辨。要想同时观察统计大量颗粒，就需要用大范围观察，这样一来每个颗粒的细节分辨就难以看清。如果聚焦到一个颗粒上细致观察，则无法从整体上评估样品。 解决的办法就是提高原子力显微镜图像的分辨率。岛津推出了8192*8192点阵的高扫描能力。可以在大范围观察的同时又看清每一个小细节。 兼顾大视野和小细节的超大点阵扫描图像原子力显微镜作为人类眼睛的延伸，像一个精细的触手，细致地捕获纳米材料的形貌、机械性能、电磁学性能等等属性，使这个微乎其微的领域直观地展现在我们眼前，为我们更深更广地认识纳米材料提供了有力帮助。 文中相关仪器介绍详见以下链接：https://www.shimadzu.com.cn/an/surface/spm/index.html 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

布鲁克公司原子力显微镜技术及用户研讨会在京举行　　仪器信息网讯 2011年9月8日，布鲁克(Bruker)公司原子力显微镜技术及用户研讨会在国家会议中心与China Nano 2011同期举行，来自全国各地的100多位专家学者出席了此次会议，共同参观体验了布鲁克Dimension FastScanTM AFM(原子力显微镜)新产品。 工程师现场演示 用户参观体验 客户服务热线：010- 5833 3252 邮箱：sales.asia@bruker-nano.com 布鲁克Dimension FastScanTM AFM参展China Nano 2011　　Dimension FastScanTM AFM是布鲁克公司最新发布的一款具有创新性和独特外形的原子力显微镜产品，拥有38项专利技术，将扫描速度、图像分辨率、精确度和噪音控制完美结合，在不损失Dimension® Icon® 超高分辨率和卓越仪器性能的前提下，最大限度的提高了成像速度，从根本上解决了AFM成像速度慢的难题，大大缩短了各技术水平的AFM用户获得数据的时间。会议现场布鲁克公司中国区销售经理邹海涛先生致欢迎词　　邹海涛先生在致词中介绍到，布鲁克公司旗下拥布鲁克AXS、布鲁克拜厄斯宾(Bruker Biospin)、布鲁克光谱仪器(Bruker Optics)、布鲁克· 道尔顿(Bruker Daltonics)、布鲁克纳米技术(Bruker Nano)五大集团。其中，布鲁克纳米仪器部的前身是原Veeco公司纳米测试仪器部，在原子力显微镜领域始终处于领先地位，现在中国已经拥有1000多位仪器用户。布鲁克公司现在中国已设有北京和上海2个分支机构，并分别建立了Demo实验室。目前布鲁克正在北京筹建中国CCC(Customer Care Center)中心，预计将在2011年年底建成，届时该中心将会拥有10台用于培训及服务支持的仪器，并由布鲁克公司服务工程师孙昊博士负责。 布鲁克公司美国总部工程与测试资深经理黄林博士报告主题：布鲁克公司扫描探针显微镜检测技术的最新进展　　黄林博士说到，如何在不牺牲纳米级分辨率的前提下提高扫描探针显微镜的成像速度一直是AFM用户想要实现的愿望，也是布鲁克在原子力显微镜技术上的努力方向之一。今天布鲁克公司推出的Dimension FastScanTM快速扫描系统，就可以在不降低分辨力、不增加设备复杂性、不影响仪器操作成本的前提下，帮助用户实现即时快速得到高分辨高质量AFM图像的愿望。同时，黄林博士在会上还展示了这款新品丰富的应用视频资料，使得听会者纷纷对Dimension FastScanTM AFM的超快扫描速度和超高图像分辨率发出惊叹之声。布鲁克公司纳米表面仪器部亚太区应用经理孙万新博士报告主题：纳米空间尺度上材料物化性质的高分辨定量测量　　孙万新博士首先介绍到，原子力显微镜可以测量材料物理性质、力学性能、磁学性能、热学性能、电学性能等方面的一些特征信息，但在获得样品定量数据时却一直面临着很大挑战。根据这种现状，孙万新博士重点介绍了布鲁克公司的MultiMode 8 ScanAsyst HR(高速)与PFTUNA(Peak Force Tapping Tunneling)这两款原子力显微镜的性能特点与技术优势。最后，孙万新博士在报告中重点强调了如何通过AFM图像获得样品的定量表征信息，并向听会者介绍了原子力显微镜与拉曼光谱在联用方面的一些最新动态。北京大学李彦教授报告主题：基于AFM技术的纳米结构原位构筑和表征　　李彦教授表示，AFM可以使用纳米尺度的探针，并具备对探针在表面上的移动进行精确控制的特点，据此可以使用AFM在表面上可控制备出各种无机功能纳米结构，这种扫描探针刻蚀技术是由美国西北大学Mirkin等人于1999年提出的，被称为AFM蘸笔刻蚀技术。随着纳米科技的发展，各种纳米器件的构筑逐渐成为研究的重点，而利用蘸笔刻蚀技术在表面上制备各种功能无机纳米材料组成的结构也成为了大家非常感兴趣的课题。目前，李彦教授带领的团队已在AFM构筑和表征无机纳米材料结构方面卓有建树，并与国际多个知名院校建立了合作关系。 颁奖典礼现场　　此外，会议的另一个环节是布鲁克公司第一届Nano奖学金颁奖典礼，共有10位来自全国各地知名院校的纳米相关专业的研究生或博士生获奖，布鲁克公司纳米表面仪器部亚太区销售总监时晓明先生以及邹海涛先生、黄林博士为获奖学生颁奖并合影。据了解，由于中国近年来在纳米科研与应用领域的飞速发展有目共睹，因此布鲁克公司将第一届Nano奖学金设立在中国，以奖励那些在纳米科学与技术相关领域贡献青春年华的年轻学者，并希望获奖学生能够以此为荣，再接再厉，为纳米科技的发展继续添砖加瓦!获奖者名单获奖者姓名指导教师所属学校杨柳邵志峰教授上海交通大学吴娜胡钧研究员、李宾副研究员上海应用物理研究所陈冰冰胡斌教授华中科技大学彭飞李彦教授北京大学刘凯张希教授清华大学张黎明刘忠范教授北京大学张旭万立骏研究员中科院化学所王晨轩王琛研究员、杨延莲研究员国家纳米科学中心黄逸凡田中群教授厦门大学柏浩江雷研究员国家纳米科学中心

2012年9月27日，德国布鲁克纳米表面仪器部原子力显微镜西安用户研讨会在西安交通大学圆满召开。会议得到了西安各高校、研究所的积极响应及到会参与。 布鲁克公司纳米表面仪器部亚太区销售总监时晓明先生对布鲁克公司以及布鲁克纳米表面仪器部的发展历程和产品特色，做了精彩的阐述。随后布鲁克纳米表面仪器部中国区应用科学家仇登利博士何龙飞博士针对布鲁克最新研发的自动优化全智能扫描模式、纳米尺度定量机械性能测试模式、峰值力隧道电流显微术、AFM-Raman联用、针尖增强拉曼、AFM快速扫描技术、生物型快速扫描原子力显微镜等产品和技术进行了详细而专业的讲解，这些内容将加深广大AFM用户对原子力显微镜强大功能和广泛用途的认识，大大提高用户在仪器使用、操作、结果分析上的熟练掌握程度。此外，布鲁克客户服务中心主管孙昊博士，还为大家详细讲解了布鲁克纳米表面仪器部在中国强大的售后服务资源，布鲁克中国维修中心也将于2012年10月11日在北京正式成立，提供专业及时的电话咨询、测试、维修、培训等服务。 专题报告结束后，为各位老师和同学安排了充裕的答疑和现场测试时间。基于不同领域和研究方向对于仪器的实际操作需要，布鲁克工程师们与广大原子力显微镜、光学轮廓仪和摩擦磨损测试设备使用者就仪器的操作技巧、数据处理、常见问题分析等展开了热烈的讨论。 本次技术交流会得到了用户的广泛好评，通过面对面的交流畅谈，解疑答惑，用户对布鲁克纳米表面仪器部在技术、应用、服务及管理等方面给予了更多的信赖。客户对本次交流会的专题报告和现场仪器演示给予高度评价，希望类似的技术研讨会议能经常举办。通过技术交流会，我们有机会更好地了解客户实际操作过程中存在的各种问题及客户对仪器的切实需求，促进仪器功能的持续创新，以及为用户提供更好更完善的客户服务。 布鲁克公司纳米表面仪器部 作为表面观测和测量技术的全球领导者，布鲁克公司纳米表面仪器部提供世界上最完整的原子力显微镜、三维非接触式光学形貌仪、探针式表面轮廓仪以及摩擦磨损测试系列产品。布鲁克公司纳米表面仪器部一直着眼于研发新的计量检测方法和工具，不断迎接挑战，致力于为客户解决各种技术难题，提供最完善的解决方案。此外，还可根据工业生产中的操作模式和操作习惯，精简仪器功能，针对生产中的特定应用需求，为客户量身打造相匹配的仪器设备，简化生产过程的操作流程，提高工作效率。布鲁克的表面测量仪器广泛用于大学、研究所，工业领域的LED行业、太阳能行业、触摸屏行业、半导体行业以及数据存储行业等，进行科学研究、产品开发、质量控制及失效分析，提供符合需求和预算的最佳解决方案。 畅销15年，作为世界上最受欢迎，分辨率做高的原子力显微镜，已经成为AFM高分辨成像的标杆。现在Bruker推出全新升级版MultiMode® 8原子力显微镜，添加更多功能和配件，是这套系统更趋于完美。全新专利技术ScanAsystTM ---自动优化全智能扫描模式：世界上第一个自动优化成像参数的AFM扫描模式，采用智能演算方法自动连续地监测图像质量，适时作出相应的参数调整。使用ScanAsyst™ 模式，不必繁琐地调整setpoint、反馈增益、扫描速度等参数，只要选定所需扫描区域和扫描范围，即轻松获得高质量图像。PeakForce QNM --峰值力定量机械性能测试模式：Bruker专利的新型成像模式，可以对材料进行纳米尺度的力学性质定量检测表征，获得材料的粘附力和弹性模量图像，同时还能得到样品形貌的高分辨图像。使用 PeakForce QNM操作模式，可以延长探针的使用寿命，降低针尖更换频率，维持样品完整性和测量准确度，这些优势条件下，除了获得样品高分辨形貌图像，无需额外操作，即可获得样品的杨氏模量和粘附力图谱。 Dimension FastScan AFM - 世界上扫描速度最快、分辨率最高的原子力显微镜 在空气或液体中，Dimension FastScan的成像速度是原来AFM成像速度的100倍，自动激光调节和检测器调节，智能进针，大大缩短了实验时间，无论在大气下或者溶液环境中，都有可能每秒钟获得1张高分辨的AFM图像。 客户服务热线：400-890-5666 邮箱：sales.asia@bruker-nano.com

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！

人类认识真理的过程就像剥洋葱，由表及里一层层递进。 反映到对化学反应过程的认识，一开始，人们通过物质的形、色等外在表象认识化学反应。正如现代化学之父拉瓦锡重复的经典“氧化汞加热”实验一样，氧化汞由红色粉末变为液态的金属汞，这个显著的变化意味着反应的发生。即使到了近现代，仪器分析手段越来越多样，我们做常用的分析手段也是通过物质外在状态的变化进行观察，或者利用各类显微镜及X射线衍射仪观察物质的结构变化。 拉瓦锡之匙拉瓦锡对化学反应中物质的质量、颜色、状态变化的观察，犹如在重重黑暗中，找到了打卡化学之门的那把钥匙。 元素周期表 到19世纪，道尔顿和阿伏加德罗的原子、分子理论确立，门捷列夫编列了元素周期表。原子、分子、元素概念的建立令化学豁然开朗 自从用原子-分子论来研究化学，化学才真正被确立为一门科学。正是随着对不同元素的各种微粒组合变化的认识发展，化学的大门终于被打开。伴随金属键、共价键、离子键、氢键等各种“键”概念的提出，人们逐渐认识到各种反应的本质是原子或分子等微粒间的力学变化。于是，对反应的观测需要微观下的力学测量工作。 作为专门利用极近距离下极小颗粒间作用力工作的原子力显微镜，此事展现了自身巨大优势。无论是直接测试不同分子间的作用力，还是利用力的测量完成表面形貌的表征，原子力显微镜以高分辨率出色地完成了任务。 对于一些生物样品，例如脂质膜，因为其是由磷脂分子构成的单层或双层结构，极其柔软，因此其表面作用力极其微弱。从测试曲线上可以看出，脂质膜对探针的力只有约1pN，但是原子力显微镜的测试曲线上可以很清晰地捕捉到这个变化。 有趣的是，人们对真理的发掘，是由表及里的。但是利用原子力显微镜对化学反应本质的发现，却是由内而外的。 原子力显微镜基本是被作为一种表面分析工具使用的。这使其只能用来观察反应前后固相表面的结构变化，或者通过固相表面的各种属性，如机械性能、电磁学性能等侧面论证反应的发生。而要真正观察到反应的过程，是要对界面层进行观测的。因为几乎所有的反应，都是发生在两相界面处的，表面只是最终反应结果的呈现。 在界面处，反应发生时，原有的原子/分子间的作用力——也就是各种“键”，因为电子的状态变化（得失或者偏移）无法维持原有的稳定性，从而导致了原子/分子的重新排列，直到形成了新的力学稳定态——也就是新的“键”形成后，反应结束。这个过程的核心就是原子/分子间的“力的变化”。 反应的本质——微粒间力的分分合合 当化学科学的车轮推进到纳米时代，当探索的前锋触摸了两相界面，当理论的深度深入到动力学的研究。原子力显微镜是否能够当此重任呢？ 能。但是需要一番蜕变。 界面处的力梯度有两个特点。一是更为集中，一般在0.3nm-1nm左右的范围内会有2-4个梯度变化；二是更为微弱，现在的原子力显微镜可以有效捕捉皮牛级的力变化，但是在表征界面时依然分辨率不足，需要的分辨率要提高1-2个数量级。 新的需求引导了新的技术蜕变。调频模式的成熟化，几乎完美应对了界面处的力梯度特点。一方面，只有几个埃的振幅可以有效对整个界面区进行表征，另一方面，检测噪音压低到20 fm/√Hz以内，保证了极高的分辨率。 岛津调频型原子力显微镜SPM-8100FM 例如对固液界面的观察。我们都知道，因为在固液界面处，因为液体分子和固体表面分子的距离不同，会形成不同的作用力，如氢键、偶极矩、色散力等。因此形成的液体分子的堆积密度会有不同。这种液体分子的分层模型，是润滑、浸润、表面张力等领域的底层原理。但是长期以来，这些理论只存在于数理模型和宏观现象解释之中，没有一个合适的直观观测工具。 界面观测之牛刀小试 岛津的SPM-8100FM的出现，将固液界面的高效表征变成了现实。上图右侧就是云母和水的界面处，水分子的分层结构，在约0.6nm的范围内，可以清楚看到3个分层。 具体到现实应用中，对表面润滑的研究很适合采用这种分析工具进行定性定量化测试。使用SPM-8100FM对润滑油中氧化铁表面上所形成的磷酸酯吸附膜进行分析。 图示为4组对照实验，分别是仅使用PAO（聚α-烯烃）和添加了不同浓度的C18AP（正磷酸油酸酯）的润滑油。 在未添加C18AP的PAO中，观察到层间距离0.66 nm的层状结构。通过这一层次可以看出，PAO分子在氧化铁膜表面上形成了平行于表面的平坦的覆层。随着C18AP浓度不断增加，从0.2 ppm到2 ppm后，层状结构开始消失，最后在20 ppm和200 ppm时完全观察不到。层状结构消失表明PAO分子定向结构被C18AP取代，在基片上形成了吸附膜。随着C18AP浓度不断增加，氧化铁基片表面逐渐被吸附膜覆盖。 对照使用摆锤式摩擦力测试仪测量获得的钢-润滑油-钢界面的摩擦系数。在添加C18AP浓度到达20 ppm后，PAO的摩擦系数大大降低。和微观界面表征的结果非常吻合。 由此可见，使用SPM-8100FM对润滑油-氧化铁界面实施滑动表面摩擦特性分析评估，可有效加快润滑油开发进度。 技术的发展推动了科学的进步，科学的发展也渴求更多的技术发展。原子力显微镜表征技术由表面向界面的延伸，一定会有力地推动对化学由表象向本质的探索。岛津将一如既往地尽其所能，提供帮助。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

|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

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. 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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。

项目编号：KY2022-3-187项目名称：原子力显微镜采购项目采购方式：公开招标预算金额：1,600,000.00元采购需求：合同包1(原子力显微镜采购):合同包预算金额：1,600,000.00元合同包最高限价：1,600,000.00元品目号品目名称采购标的数量（单位）技术规格、参数及要求品目预算(元)最高限价(元)1-1显微镜原子力显微镜1(套)详见采购文件1,600,000.001,600,000.00本合同包不接受联合体投标合同履行期限：交货期：合同签订后180日内 质保期：验收合格后至少1年

• James Keerfot• Vladimir V Korolkov原子力显微镜（AFM）是一种测量探针和样品之间作用力的技术，它不仅可用于测量纳米级分辨率的表面形貌，还可用于绘制和操作可使用纳米级探针处理的一系列性能。在这里，我们只谈到了最先进的AFM在层状材料研究中的一些能力。我们希望探索的第一个例子是如何使用AFM来研究垂直异质结构中的层的注册表，这会产生许多有趣的现象[1，2]。根据层间和层内的结合、晶格周期和两个重叠薄片角度的对称性和失配，可以观察到单层石墨烯（SLG）和六方氮化硼（hBN）[3]之间的莫尔图案或扭曲控制的双层二硫化钼（2L-MoS2（0°））[4]中的原子重建等特征。在图1中，我们展示了我们的FX40自动AFM如何使用导电AFM（C-AFM）和侧向力显微镜（LFM）来测量这些特征。这两种技术都源于接触模式AFM，其中悬臂由于排斥力而产生的偏转用于通过反馈回路跟踪表面形貌。LFM测量探针在垂直于悬臂梁的方向上扫描时的横向偏转，而C-AFM绘制尖端样品结处恒定电压和力下的电流图。除了传统的形貌通道外，AFM还使用这些模式，为研究垂直异质结构中层间扭曲和应变影响的研究人员提供了“莫尔测量”。图1:Park Systems的FX40自动AFM（a）用于使用LFM（c）和c-AFM（d）测量hBN和单层石墨烯（b）之间的莫尔图案。对于具有边缘扭曲角和有利的层间结合的样品，可以测量原子重建，这是石墨上平行堆叠的双层MoS2的情况（e）。与莫尔图案一样，在这种情况下，由于重建，可以使用LFM（f）和C-AFM（g）测量不同配准的区域。除了探索层状材料的形态和注册，原子力显微镜还具有一系列功能模式，可以用纳米尺度的分辨率测量诸如功函数、压电性、铁电性和纳米机械性能等性能。在图2中，我们展示了如何使用单程边带开尔文探针力显微镜（SB-KPFM）[5]来同时绘制尖端和具有不同层厚度的MoS2薄片之间的形态和接触电势差（CPD）。MoS2薄片从聚二甲基硅氧烷（PDMS）转移到Si上，在MoS2和Si之间留下截留的界面污染气泡。通过比较形貌（见图2b）和CPD（见图2c），我们看到由于MoS2层厚度和截留的界面污染物气泡的大小，CPD发生了变化。通过从地形数据中提取相对应变的估计值，该估计值基于尖端水泡相对于平坦基底的行进距离，可以直接将CPD和一系列层厚度的应变关联起来[6]。图2:KPFM是用Multi75E探针和5V的电驱动（VAC）和5kHz的频率（fAC）在硅（天然氧化物）上的MoS2上进行的（a）。对于多层MoS2薄片，同时绘制了形貌图（b）和CPD（c），揭示了由于层厚度和捕获污染物的气泡的存在而导致的CPD对比度。通过从地形图像中提取相对应变的估计值，我们绘制了各种泡罩尺寸和MoS2厚度的相关应变和CPD（d），如图图例所示。在我们的最后一个例子中，我们将研究如何使用原子力显微镜来决定性地操纵层状材料。在图3 a-c中，我们比较了90 nm SiO2/Si中2-3层（L）石墨烯薄片在使用阳极氧化切割之前（见图3b）和之后（见图3c）的横向力显微镜图像，其中尖端使用接触模式保持接触，同时施加40 kHz的10 V AC偏压[7]。除了阳极氧化，原子力显微镜还能够对层状材料进行机械改性。图3d-f中给出了一个这样的例子，其中使用Olympus AC160探针（刚度~26N/m）将聚苯乙烯上的3L-MoS2薄片缩进不同的深度。如图3f的插图所示，压痕深度（使用非接触模式监测）与压痕力密切相关。以这种方式修改局部应变已被证明可以决定性地产生表现出单光子发射的位点[8]。图3：在接触模式（a）下，通过向探针施加AC偏压，对少层石墨烯进行阳极氧化。通过比较（b）之前和（c）之后的LFM图像来证明薄片的确定性切割。也可以在聚苯乙烯上进行几层MoS2的压痕，证明了机械操作（d）。通过非接触模式AFM监测的压痕深度显示，压痕力范围高达~7.2µN。总之，我们已经展示了AFM如何能够提供比表面形貌多得多的信息，并且可以执行的一套功能测量和样品操作过程为关联测量提供了新的机会。易于使用的功能以及使用最佳探针自动重新配置硬件进行功能测量的能力，使Park的FX40特别适合此类调查。References[1] R. Ribeiro-Palau et al. Science 361, 6403, 690 (2018).[2]Y. Cao et al. Nature 556, 80 (2018).[3] C. Woods et al. Nature Phys. 10, 451 (2014).[4]A. Weston et al. Nat. Nanotechnol. 15, 592 (2020).[5] A. Axt et al. Beilstein J. Nanotechnol. 9, 1809–1819 (2018)[6] E. Alexeev et al. ACS Nano 14, 9, 11110 (2020)[7] H. Li et al. Nano Lett., 18, 12, 8011 (2018)[8] M. R. Rosenberger et al. ACS Nano, 13, 1, 904–912 (2019)原文：Atomic force microscopy for layered materials，Wiley Analytical Science作者简介• 詹姆斯基尔福（James Keerfot）Park Systems UK Ltd, MediCity Nottingham, Nottingham, UK.弗拉基米尔科罗尔科夫（Vladimir V. Korolkov）Park Systems UK Ltd., MediCity Nottingham, UK.弗拉基米尔于2008年获得莫斯科大学化学博士学位。随后，他进入海德堡大学，专攻薄膜的X射线光电子能谱学，随后在诺丁汉大学任职，在那里他发现了自己对扫描探针显微镜（SPM）的热情，并成为SPM技术的坚定拥护者，以揭示纳米级的结构和性能。他率先使用标准悬臂的更高本征模来常规实现分辨率，而以前人们认为分辨率仅限于STM和UHV-STM。弗拉基米尔目前发表了40多篇科学论文，其中包括几篇在《自然》杂志上发表的论文。尽管截至2018年，他的专业知识为SPM技术的产业发展做出了贡献，但他的工作仍在激励和影响该领域的学术冒险。

上海尔迪仪器科技有限公司中标江南大学宜兴研究院原子力显微镜项目！有需要购买原子力显微镜，可联系我司

项目概况原子力显微镜 采购项目的潜在供应商应在详见公告原文获取采购文件，并于2022年02月22日 09点00分（北京时间）前提交响应文件。一、项目基本情况项目编号：ZUPC-JC-HW-2201001G项目名称：原子力显微镜采购方式：竞争性磋商预算金额：198.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：198.0000000 万元（人民币）采购需求：原子力显微镜 一套，详见采购文件。合同履行期限：合同签订后5个月内。本项目( 不接受 )联合体投标。二、申请人的资格要求：1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定；2.落实政府采购政策需满足的资格要求：1.满足《中华人民共和国政府采购法》第二十二条规定；2.落实政府采购政策需满足的资格要求：无； 3.本项目的特定资格要求：无3.本项目的特定资格要求：无三、获取采购文件时间：2022年01月19日 至 2022年02月17日，每天上午9:00至11:30，下午13:30至16:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：详见公告原文方式：购买售价：￥0.0 元（人民币）四、响应文件提交截止时间：2022年02月22日 09点00分（北京时间）地点：浙江大学紫金港校区东四117室。五、开启时间：2022年02月22日 09点00分（北京时间）地点：浙江大学紫金港校区东四117室。六、公告期限自本公告发布之日起3个工作日。七、其他补充事宜八、凡对本次采购提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：浙江大学　　　　　地址：杭州市西湖区余杭塘路866号　　　　　　　　联系方式：杨老师、谢老师 0571-88206325　　　　　　2.项目联系方式项目联系人：杨老师、谢老师电　话：　　0571-88206325