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岛津SPM-8100FM的应用领域
2017.11.01   点击63次

  原子力显微镜经过三十年的发展,技术趋于成熟,在真空下可以达到“原子级”分辨率。但是在实际应用中,绝大多数实验环境需要大气环境甚至液体环境。这两种环境下探针固有的低Q值使图像分辨率急剧变差,甚至无法达到纳米水平。SPM-8100FM真是为了解决此困境而生。运用创新性的调频技术,SPM-8100FM突破了复杂环境影响分辨率的瓶颈,在液体环境下也能达到传统原子力显微镜在真空中的分辨率,极大地扩展了原子力显微镜的应用范围。

  1.在纳米材料中的应用

  纳米材料是原子力显微镜的传统应用领域。作为具有纳米级分辨率的观察工具,原子力显微镜在此领域的作用无可替代。SPM-8100FM在大气环境下即可实现亚纳米级的分辨率,相比起传统模式真空型原子力显微镜,既节省了费用,又降低了操作复杂程度,同时获得了更清晰的图像。

  观察在大气中解理的聚丁二炔结晶表面。将广域图像(左图)中观察到的台阶扩大,如右图,沿着与b轴平行的间隔0.75nm的丁二炔主链,可以观察到相隔0.5nm排列的PTS侧链。因为可以观察到原子缺陷,所以通过图像处理可证明不是傅里叶变换周期像而是实际形貌像。

  上图是在纯净水中对方解石表面结构的原子级分辨率观察。在左图中可以观察到方解石表面的缺陷。

  2.在高分子材料及薄膜类材料中的应用

  高分子材料及薄膜类材料往往比较柔软,表面杨氏模量较小。因此传统的扫描模式,无论接触模式还是调幅模式,探针都无法避免与样品间的作用,对样品的表面有损伤。在此条件下用原子力显微镜进行杨氏模量扫描也往往误差很大。SPM-8100FM基于频率的高灵敏度个高速率反馈,实现了非接触扫描,在扫描过程中,探针能很好地保持与样品间的距离,不碰触样品,实现了对高分子材料及薄膜材料的无损检测。

  N,N-双(烷基)-萘二酰亚胺是个四环结构,在液体环境中观察小区域的分子结构,可以清楚看到这种四环结构重复。

  3.生物高分子

  在现有条件下,无法实现在生理环境下对生物高分子的高分辨扫描。因为生物高分子只有在严格的缓冲液环境中才有活性,如果进行干燥处理,此类分子会发生变性从而失去活性。而在液体环境中,传统的调幅模式受制于水的粘滞阻力导致的振动质量因子降低,无法实现高分辨成像。SPM-8100FM不受液体环境的影响,无疑为生物高分子在生理环境下的检测提供了完美的解决方案。

  在生理环境下(PBS溶液),观察DNA的双螺旋结构。可以清晰地看到大沟小沟的区分。测量螺距为3.7nm,与理论值3.6nm几乎完全吻合。

  在一个螺距的两条链上做剖面线,可以的到碱基的分布,每条链上部的4个碱基清晰可见,证明该图达到了分子基团级别的分辨率。

  4.界面物理与界面化学

  绝大多数反应都需要分散体系,液体分散系是最常用的。物理化学及界面化学对反应发生的固液交界面结构多有分析,也形成了很多固液界面结构的理论。但是长久以来,这样的理论只能通过数理计算和宏观统计予以支持,虽然也提出了很多模型,但都止步于具体观测。常规的红外光谱或者X射线分析,只能通过谱线分析含量与类型。

  SPM-8100FM因为具有极高的信号灵敏度和反馈速度,因此可以获取固液交界面及界面以上一段距离内的势能场分布,并形成一张直观的三维分布图。利用此图像,不仅可以得到界面不同高度的物质分布,还可以与其他分析仪器一起,分析得到电荷作用,键的行成与断裂等信息。对于分子自组装、胶体化学、催化机理、化学键理论等的研究都有直接的促进。

  固液界面处液体的分层是物理化学理论中被广为接受的认识。但是一直没有直接的实验数据给与验证。SPM-8100FM因为具有极高的对作用力的分辨率,因此可以分辨这种液体分层现象。依据固体与液体的不同,分层一般为2-5层,总厚度在0.5nm以内。这是原子力显微镜首次可以扫描液体,突破了只能针对固体表面测试的界限。

  依托SPM-8100FM卓越的分辨率和广泛的应用,相信该仪器会在众多科研领域中占有一席之地,为科学进步技术发展贡献一份力量。

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