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            液相掃描探針顯微鏡

            ? ? ? ?本原系列掃描探針顯微鏡(SPM)/原子力顯微鏡(AFM)的通過增加液相探針架-樣品池系統,可實現液相掃描探針顯微鏡功能。

            ? ? ? ?和大氣下的掃描探針顯微鏡(SPM)相同,液相環境掃描探針顯微鏡也具有接觸模式和輕敲模式,不過在液相中,優于探針的微懸臂梁振動受到液體的作用,其固有頻率會往低頻方向移動、Q值(品質因數)減少,使得輕敲模式下探針的實際工作頻率比大氣下要小很多。

            液相原子力顯微鏡AFM/掃描探針顯微鏡SPM示意圖

            液相掃描探針顯微鏡原理圖

            液相原子力顯微鏡AFM/掃描探針顯微鏡SPM探頭外觀圖

            液相掃描探針顯微鏡液體池外觀

            ? ? ? ?與大氣下的掃描探針顯微鏡(SPM)相比,液相環境掃描探針顯微鏡具有如下優點:

             ?? ?1.保持液相環境

            液相掃描探針顯微鏡SPM優點1

            ? ? ? ?對于許多樣品,保持液相環境至關重要。例如,對于大多數的生物樣品,溶液環境最接近其自然生理狀態;而且,還可通過改變液體的性質(如成分、酸堿度等)來觀察樣品的相應變化;此外,液相環境掃描探針顯微鏡也是目前研究固-液界面 (如原位電化學研究)最確實可行的手段。

            蛋白的液相原子力顯微鏡的檢測結果

            蛋白的液相原子力顯微鏡檢測結果(2um)

            ? ? ? ?2.克服毛細力

            液相掃描探針顯微鏡SPM優點2


            ? ? ? ?大氣條件下,大多數樣品表面都吸附有一個幾納米厚的覆蓋層(凝聚水蒸氣或其他有機污染物),當探針接觸到這個吸附層時,毛細作用會使探針進入吸附層并產生向下作用力——毛細力,增加了探針對樣品的總作用力。在液相中,由于探針和樣品完全浸泡在液體里,不存在毛細作用,因此,可減小檢測時探針對樣品的作用力。

            竹子纖維的液相原子力顯微鏡檢測結果(10um)

            竹子纖維的液相原子力顯微鏡檢測結果(10um)

            ? ? ? ?3.消除靜電

            液相掃描探針顯微鏡SPM優點3


            ? ? ? ?如果樣品表面帶有靜電荷,那么,探針會因受到該電場作用而極化并產生額外的粘附力,這也會增加探針對樣品的作用力。在液相下,樣品表面的靜電荷會被消散,或者因使溶液在界面產生極性相反的離子層而被屏蔽,有效消除因樣品帶有靜電而產生的影響。

            不銹鋼的大氣和液相原子力顯微鏡檢測結果比較

            不銹鋼在大氣(左)和純凈水(右)的原子力顯微鏡檢測結果比較(5um)

            由于有效克服了毛細力和靜電的影響,有效減少了成像是探針和樣品的相互作用力,液相中成像的細節結構更為清晰

            ? ? ? ?與原子力顯微鏡(AFM)不同,由于掃描隧道顯微鏡(STM)是通過檢測探針與樣品間的隧道電流進行工作的,而其應用于固-液界面研究時,溶液中的探針與基底間的法拉第電荷轉移電流總會疊加到隧道電流上,為了有效的抑制法拉第電流的干擾,必須對STM探針進行絕緣包封,使其只裸露針尖頂端極少局域部分。

            液相掃描隧道顯微鏡STM示意圖

            液相掃描隧道顯微鏡原理圖

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