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            如果您計劃購買掃描探針顯微鏡(SPM),為了更好的服務于您的科研工作,充分發揮儀器的作用,我們提供以下選購指南供您參考:

            一、您可以先了解掃描探針顯微鏡比較全面的背景知識

            ? ? ? ?從嚴格意義上講,掃描探針顯微鏡(SPM)不是一種儀器,而是一類儀器的總稱。它是指精確控制探針在納米級的距離上對被測樣品的表面進行掃描、同時記錄掃描過程中探針和樣品的相互作用從而得到樣品的表面(或亞表面)信息、具有納米級(100nm以下)分辨的一大類儀器。

            ? ? ? ?目前,SPM技術中,最為大家熟悉的當屬掃描隧道顯微鏡(STM)原子力顯微鏡(AFM)。STM是以一個尖銳的導電針尖,在距離樣品表面1nm以內對樣品進行掃描,并在探針和樣品間保持一個微小的恒定偏壓,由于量子力學的隧道效應,偏壓和在探針和樣品間產生一個微小的電流——隧道電流,隧道電流的大小與針尖和樣品間的距離成負指數關系,換句話說,隧道電流對探針和樣品間的距離極其敏感,而掃描過程中樣品表面的高低起伏實際上就會使的針尖和樣品間的距離相應變化,并反映到隧道電流的變化上,因此,通過檢測掃描過程中隧道電流的變化,就可以得到樣品的表面形貌。AFM則以微懸臂探針(結構上就是一個微彈性梁,梁的自由端上有一個非常尖銳的針尖)對樣品表面進行掃描,樣品表面的高低起伏使樣品和針尖間的作用力產生變化并引起微懸臂彎曲變形,因此,通過檢測掃描過程中微懸臂變形(通常用激光激光束反射偏轉的方法)就可以得到樣品的表面形貌。與STM檢測隧道電流不同,AFM本質上檢測的是探針與樣品間的微小作用力,它對樣品沒有導電性的要求,故一經發明,就得到廣泛應用。

            ? ? ? ?AFM和STM都能獲得分辨率極高的樣品表面形貌,但是,單一的微觀形貌檢測已經無法滿足一般科研工作的需求。除了表面形貌,研究人員還想了解樣品更多的物理、化學微觀性質,而且希望知道這些理化性質和形貌的關系,或者外部環境條件會產生什么影響,甚至還期望主動對樣品在微觀上進行可控的改變和操縱。
            ? ? ? ?基于以上的理由,從上世紀八十年代開始,經過全世界的科技人員的共同努力,目前,SPM這個家族發展出近百種技術和儀器,其中比較成熟和常用,除了上述的AFM和STM,還有磁力顯微鏡(MFM)、靜電力顯微鏡(EFM)、導電原子力顯微鏡(C-AFM)、力調制模式成像技術(Force Modulation Mode,FMM)、壓電響應力顯微鏡(PFM)、掃描探針聲學顯微鏡(SPAM)、掃描開爾文探針顯微鏡(SKPM)、納米加工功能等,也擴展了SPM的檢測條件,如可以在液體環境中直接對樣品進行檢測成像的液相掃描探針顯微鏡、可以實時檢測甚至控制樣品溫度、濕度的環境型掃描探針顯微鏡。即使針對現有的技術,也不斷優化和開發出新的工作模式,以AFM為例,迄今已發展了包括接觸、輕敲、相移成像多種工作模式。

            二、掃描探針顯微鏡的功能選擇

            在詳細了解了掃描探針顯微鏡的功能和模式的基礎上,結合自己的長遠的工作計劃和研究方向,選擇所需的功能。

            三、按照自己的需求,和廠家進行深入的技術溝通,重點關注以下幾個方面:

            1、廠家的綜合水平

            ? ? ? ?科學儀器是用于科學研究的裝置或工具。作為儀器廠商,最大的愿景和成就,就是通過它的產品和服務幫助用戶在研究工作和事業上取得成功。目前,掃描探針顯微鏡的用戶基本都集中在高校和研究所,他們的工作成果基本都以學術論文來體現的,故最能客觀反映廠家及儀器的真實技術水平的,莫過于作為第三方的用戶應用儀器所公開發表的相關論文的數量和檔次,它全面和客觀地反映了儀器的精度、穩定性、操作便捷性、以及技術支持和服務的綜合水準。因此,您可以用廠家品牌或儀器型號為索引查找公開發表的論文,或者直接向廠家索要用戶使用他們儀器所發表的論文,通過比較論文的數量和檔次,了解廠家和儀器的真實情況。

            2、儀器的功能

            ? ? ? ?功能齊全的儀器,才能給您的研究工作提供全面的支持,即使您因預算或經費受限,前期只購買基本配置,日后也可以根據工作需要再增購擴展的功能模塊,因此選擇功能齊全的廠家和產品,也是對您前期投入的長遠保障。如果廠家的儀器功能單一,只有最基本的形貌成像功能,即使當下能夠滿足您的需求,一旦對其他功能有需求,而廠家卻無法跟進,就會非常被動。需要特別提醒的是,有些廠家在前期交流時,出于商業目的,會謊稱其儀器具備了各項功能,因此,審慎的做法是要求廠家提供其客戶利用其儀器相關功能所公開發表的論文和結果。

            3、軟件系統

            ? ? ? ?軟件系統是智能儀器的重要構成,掃描探針顯微鏡的系統軟件主要包括在線控制軟件和圖像處理軟件,這兩個軟件都是安裝在控制儀器的電腦上,是用戶操作儀器和處理結果的界面。以下我們分別對這兩個軟件進行說明:

            (1)在線控制軟件

            ? ? ? ?每個廠家都有自己的在線控制軟件,因此對于在線控制軟件,用戶只需關注兩點:

            • 是否支持包括最新版本在內的各個windows版本。有的廠家受限于開發能力,其軟件并不支持最新的windows系統,就會出現要卸載電腦預裝正版的新版windows,再重裝盜版的舊版windows的尷尬情形;
            • 在線控制軟件的功能是否足夠強大,如是否具備實時三維顯示功能,讓用戶可在樣品檢測過程中第一時間實時同步獲得直觀的三維形貌,而無需在事后再借助數據處理軟件進行三維重建;是否具備實時定量分析功能,讓用戶在掃描測試進程中即時進行定量分析,如通過指定剖面線隨時獲得樣品起伏、距離、周期等結構參數,而無需在檢測完成再借助數據處理軟件進行分析才能得到。

            (2)圖像處理軟件

            ? ? ? ?圖像處理軟件用于對儀器獲得并保存在計算機上的圖像數據進行分析處理,國內外正規的掃描探針顯微鏡廠商都會開發具有自主版權的圖像處理軟件配套儀器提供給用戶使用。由于圖像處理軟件不需要與儀器實時通信,因此,一些技術實力較弱廠家無法投入人力和資金開發自己的分析處理件軟件,只能采用市面上免費的第三方掃描探針顯微鏡后處理軟件配套自己的設備供給用戶使用。這會帶來以下問題:

            • 免費軟件原則上不允許用于商業目的,配套儀器進行銷售顯然具有法律風險,尤其是當用戶采用廠家提供的這種軟件所處理的結果,公開發表論文時可能會產生不必要的麻煩;
            • 免費軟件在技術支持上不會有任何承諾,故用戶的售后服務也得不到保障;
            • 目前可以獲得的免費后處理軟件都是國外開發的,故沒有中文版本,這也給用戶使用帶來不便;
            • 與免費軟件不同,廠家在保存圖像數據時,一般都會將全部工作環境參數與檢測結果同步保存,用戶采用廠家自主開發的軟件對結果進行分析處理時可以查看完整的儀器參數和工作條件,故用戶無需在檢測時手工紀錄實驗條件。這也是主流掃描么探針顯微鏡廠商都不惜成本自主開發配套的圖像分析處理軟件的原因。

            四、合同簽訂

            ? ? ? ?經過以上述流程綜合考量后,確定了掃描探針顯微鏡的廠商和機型,售前最后一項工作就是擬定和簽訂儀器購買合同。只有將以上前期工作內容明確體現具到合同中,才能充分保障您的權益,具體包括儀器的性能和功能,尤其要明確約定各項性能或功能的驗證方法,須知不能驗證的承諾等于沒有承諾。最合理和有效的方法是采用業界公認的標準樣品,掃描探針顯微鏡經過多年的發展,幾乎每項功能都有標準樣品或公認的驗證方法,包磁力顯微鏡(MFM)、靜電力顯微鏡(EFM)、壓電響應力顯微鏡(PFM)、掃描開爾文探針顯微鏡(SKPM)等都有商用的第三方標準樣品出售,每個廠家在功能開發和儀器調試都要用到,因此明確寫進合同是合理和可行的。

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