电势仪

作为材料重要的特性之一，功函数常使用符号φ来表示，即在真空环境中，电子从材料表面逸出所需的最小能量。若材料表面与电子间的结合能定为零，那么功函数即为费米（束缚）能级与「自由」真空间的能量差。对各种光子器件、光伏、腐蚀、催化、电池存储等领域来说功函数是关键参数，功函数越高，材料越稳定。测量材料的功函数的方法有很多，其中最著名的是开尔文探针技术。将开尔文探针的概念与原子力显微镜（AFM）相结合，即为如今常见的KPFM。KPFM是为数不多能在纳米级空间分辨率下表征样品功函数的技术。流程简单Asylum Research新推出的Ergo KPFM模块让实验变的极其简单。甚至不用额外的培训，只要遵照软件中的工作流程，逐步设置，即可使用KPFM表征材料表面电势。调整参数如下：无需手动调整参数无需手动调谐探针自动设置KPFM参数Ergo Autopilot&trade 优化扫描参数测量KPFM也能「随机应变」Ergo KPFM包含了三种扫描模式：Heterodyne，Sideband与Amplitude Modulated KPFM根据需求轻松切换三种模式比传统的2 pass KPFM速度提高两倍。Heterodyne/Sideband KPFM为较平的样品提供更高分辨、更准确的测量结果Amplitude Modulated KPFM适用于起伏较高的样品KPFM工作原理KPFM并不直接测量功函数，而是测量样品与探针（功函数已知）间的功函数差异，也就是接触电势差（CPD）。如下图示例，有两种金属：样品Al（功函数4.2eV）以及镀金探针（功函数5.2eV），在两者不导通时，它们各自有其费米能级。若是两者导通，电子会从高费米能级往低费米能级流动，直到样品与探针的费米能级变为相同。这个由于费米能级改变导致的功函数变化，即为CPD。此外，探针与样品之间还会因为电子的流动产生电场以及静电力。此时施加一个额外的直流偏压，抵消电场，让电子恢复原始状态，那么这时的偏压即与CPD等值了。KPFM可以透过测量长程的静电力，或是力场的变化梯度来获得CPD；而又根据实现测量的手段不同，可以分成Amplitude Modulated，Heterodyne以及Sideband KPFM。注：Ergo软件所适用的AFM机型需要和AFM工程师进一步确认。

充分发挥潜力通过边带KPFM对分子聚集体进行电势成像Ilka M. Hermes, Andrea CerretaPark Systems Europe GmbH, Mannheim, Germany 功函数是一种材料特性，可用于区分复合材料中的单一成分或用于区分样品与基体。开尔文探针力显微镜（Kelvin probe force microscopy，KPFM）能利用已知的探针功函数，以纳米分辨率去成像样品表面功函数分布。在这里，我们介绍了Park Systems 研究型原子力显微镜中新开发的边带KPFM(Sideband KPFM)。边带KPFM显著提高了电势的灵敏度和空间分辨率，从而提高了KPFM测量的准确性和可靠性。 半氟化烷烃由两个链段组成–(CF2)xF和(CH2)yH 嵌段。FxHy 在水中和固体基质上以不同的形态自组装。因此，对半氟化烷烃（如F14H20）的研究有助于对自组装的一般理解。由于F14H20的电偶极子导致F14H20与衬底之间存在明显的表面电势差，所以开尔文探针力显微镜（KPFM）非常适合于自组装F14H20结构的纳米级可视化研究。 KPFM是一种扫描探针显微镜技术，它能同时捕捉样品的表面形貌和表面电势。对于KPFM，振荡的导电探针在扫描样品表面的同时会施加交流电压，用来检测由表面电势局部变化引起的针尖和样品之间的静电力变化。为了最小化所侦测到的静电力，外加直流偏压可以抵消扫描的每个点上针尖和样品之间的接触电势差。基于外加直流偏压，在KPFM信号中重构了样品的表面电势分布。如果已知导电探针的功函数，那么电势分布就可以转换为样品的功函数分布。静电力的检测方法决定了KPFM中表面电势的分辨率和精度。 在非共振KPFM中，交流电压以远离悬臂共振的频率调制静电力，用于形貌成像（图1a）。然后通过交流频率下的振幅来检测力。通过施加与针尖和样品之间的电势差所相匹配的直流偏压，可以消除交流频率下的振幅，从而消除静电力。然而，KPFM信号对长程力的依赖性降低了测量的灵敏度，因为样品和悬臂之间的非局部相互作用可以叠加在局部信号上。 对于边带KPFM，我们采用低频交流电压（2-5kHz）来调制静电力梯度。调制力梯度引入了悬臂共振左右两侧的频率边带（图1b）。与非共振KPFM类似，边带KPFM通过施加与电势差相匹配的直流偏置来抵消这些边带的振幅。通过检测短距离的力梯度来取代长程力梯度，可以减小长距离串扰，提高横向分辨率和局部电势灵敏度。图1：非共振KPFM(a)和边带KPFM(b)的频谱示意图。边带KPFM检测电极阵列在F14H20上进行测量之前，为了测试边带KPFM的电势分辨率和精度，我们在金电极阵列的相邻电极上施加了不同的电压（0V和-2V）（图2a）。图2b中样品形貌和边带KPFM电势的叠加说明了在两个电极上检测到的不同电势：左侧电极显示约0V的亮电势对比度，右侧电极显示约-2V的暗电势对比度。图2c是更详细的分析电势图像的线轮廓。在这里，我们发现测得的电势与外加电压是一致的。因此，我们检测到两个相邻电极之间存在2V压差，以及从电极到基板的急剧过渡。因此，我们证明了边带KPFM能够以很高的电势灵敏度和空间分辨率捕获施加在样品上的全电压。图2: a）电压分别为0和-2V的金电极阵列。b） 边带KPFM电势和形貌的三维叠加显示了两个电极的两种不同电势随外加电压的变化。c） 边带KPFM电势沿红线分布在两个电极上，表明测得的电位与外加电压一致，空间分辨率高。F14H20分子聚集体的KPFM研究 为了比较边带KPFM和更常用的非共振KPFM，我们绘制了半氟化烷烃（F14H20）自组装聚集体的表面电势分布图。在这里，分子的电偶极子在聚集体和亚硝酸盐之间引入了一个显著的电位偏移。图3：使用非共振和边带KPFM对相同的F14H20成像。横截面（红色）可以体现边带KPFM的横向和电势分辨率明显提高。 非共振和边带KPFM测量结果表明，边带KPFM的空间分辨率和电势分辨率都有所提高。对于边带KPFM，我们观察到基板和F14H20之间的潜在对比度为700-750mv，以及确定的横向分辨率，甚至可以成像聚集体中的小间隙。另一方面，非共振KPFM显示大约300mv的电势差，表明局部电位灵敏度较低。此外，边带KPFM捕获的清晰边缘在非共振KPFM中模糊，突出了边带KPFM优越的空间分辨率。 F14H20分子聚集体的柔软性对扫描探针技术的表征提出了新的挑战。然而，边带和非共振KPFM可以与Park Systems的非接触模式相结合，从而允许对这些软分子结构进行稳定的形貌成像。总结 边带KPFM，可扩展在Park NX研究型设备中，对测量如F14H20类似的软样品以及半导体和金属材料提供准确的表面电势研究。对静电力梯度的依赖性显著提高了横向分辨率和电势灵敏度，使边带KPFM成为纳米尺度表面电势定量表征的理想技术。Source：1. Silva, G. M. C., Morgado, P., Lourenço, P., Goldmann, M. & Filipe, E. J. M. Spontaneous self-assembly and structure of perfluoroalkylalkane surfactant hemimicelles by molecular dynamics simulations. Proc. Natl. Acad. Sci. 116, 14868 LP – 14873 (2019).2. Abed, A. El, Fauré, M.-C., Pouzet, E. & Abillon, O. Experimental evidence for an original two-dimensional phase structure: An antiparallel semifluorinated monolayer at the air-water interface. Phys. Rev. E 65, 51603 (2002).3. Zerweck, U., Loppacher, C., Otto, T., Grafström, S. & Eng, L. M. Accuracy and resolution limits of Kelvin probe force microscopy. Phys. Rev. B 71, 125424 (2005).

岛津制作所协助拍摄了自4月8日开始播放的电视连续剧(日本富士电视台,周一晚9时)『辐射之家~放射科的诊断报告~』。该节目改编自(集英社)『GRANDJUMP』上连载的同名漫画,是描写放射线技师工作的医疗剧。 本公司在富士电视台「海湾工作室」设置了心血管造影系统、常规X射线摄影系统、移动式诊断系统3种机型。这些装置虽然已被调整为不产生放射线，但机械臂等部位几乎可与实机同等地动作。 敬请期待本公司这3种医疗器械产品在周一晚9时档电视剧中的精彩“演技”。 岛津制作所在伦琴博士发现X光11个月之后的1896年,在日本国内首次成功拍摄X光片,并于1906年完成了日本首台医用X光装置。自此，岛津公司作为医疗用X射线装置的先驱已走过100余年的历程。今后,我们将在「以科学技术为社会做贡献」的公司方针指引下,继续致力于产品开发与研究活动。 向拍摄工作人员说明心血管造影系统的本公司职员 (右)富士电视台「海湾工作室」里处于安装作业中的常规X射线摄影系统在播音室走廊里等待出场的移动式诊断系统关于岛津岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。