如何選購原子力顯微鏡
點(diǎn)擊次數(shù)：2116 更新時(shí)間：2019-12-07
隨著生物學(xué)的發(fā)展，原子探針顯微鏡得到了越來越多的應(yīng)用和發(fā)展，如細(xì)胞動(dòng)態(tài)觀察、樣品的三維成像等。那么，如何選購一臺(tái)原子探針顯微鏡呢?
選購步驟可從以下幾方面著手：
1.了解原子探針顯微鏡的基本原理
掃描隧道顯微鏡的原理
掃描隧道顯微鏡是根據(jù)量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)原理，通過探測固體表面原子中電子的隧道電流來分辨固體表面形貌的新型顯微裝置。
根據(jù)量子力學(xué)原理，由于電子的隧道效應(yīng)，金屬中的電子并不*局限于金屬表面之內(nèi)，電子云密度并不是在表面邊界處突變?yōu)榱恪Ｔ诮饘俦砻嬉酝猓娮釉泼芏瘸手笖?shù)衰減，衰減長度約為1nm。用一個(gè)極細(xì)的、只有原子線度的金屬針尖作為探針，將它與被研究物質(zhì)(稱為樣品)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品表面與針尖非常靠近(距離<1nm)時(shí)，兩者的電子云略有重疊，如圖1所示。若在兩極間加上電壓U，在電場作用下，電子就會(huì)穿過兩個(gè)電極之間的勢壘，通過電子云的狹窄通道流動(dòng)，從一極流向另一極，形成隧道電流I。隧道電流I的大小與針尖和樣品間的距離s以及樣品表面平均勢壘的高度有關(guān)，其關(guān)系為式中A為常量。如果s以10-1nm為單位，以eV為單位，則在真空條件下，A≈1，。
由此可見，隧道電流I對(duì)針尖與樣品表面之間的距離s極為敏感，如果s減小0.1nm，隧道電流就會(huì)增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)針尖在樣品表面上方掃描時(shí)，即使其表面只有原子尺度的起伏，也將通過其隧道電流顯示出來。借助于電子儀器和計(jì)算機(jī)，在屏幕上即顯示出樣品的表面形貌。
原子力顯微鏡的基本工作原理
AFM系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1)帶針尖的力敏感元件;(2)力敏感元件運(yùn)動(dòng)檢測裝置;(3)監(jiān)控力敏感元件運(yùn)動(dòng)的反饋回路;(4)掃描系統(tǒng)(一般使用壓電陶瓷)，其作用是使樣品進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng);(5)圖象采集及顯示;(6)圖象處理系統(tǒng)。其中關(guān)鍵的是前兩部分。
AFM的工作原理如圖2所示。將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸。使針尖在樣品的表面上掃描，由于針尖原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力(10-8-10-6N)，原子間作用力的檢測主要由光杠桿技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。如果探針和樣品間有力的作用，懸臂將會(huì)彎曲。為檢測懸臂的微小彎曲量(位移)，采用激光照射懸臂的，四象限探測器就可檢測出懸臂的偏轉(zhuǎn)。如果控制這種力在掃描過程中保持恒定，則微懸臂將在垂直于樣品表面的方向上起伏運(yùn)動(dòng)，利用隧道電流檢測法或光學(xué)檢測方法，測定微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。
根據(jù)AFM所測力的性質(zhì)的不同，其工作模式及微懸臂運(yùn)動(dòng)的檢測方法將有所不同。所謂工作模式，主要是指AFM工作時(shí)微懸臂運(yùn)動(dòng)所處的狀態(tài)，主要可分為兩種。一種為準(zhǔn)靜態(tài)工作模式，此時(shí)針尖與樣品的相互作用力較強(qiáng)，微懸臂有較大形變，可用隧道電流法，電容及激光束偏轉(zhuǎn)探測法等直接檢測此形變。處于該模式，針尖與樣品的間距小于0.03nm，基本上是緊密接觸的(故又稱接觸模式)。由于此時(shí)二者電子云發(fā)生重疊，導(dǎo)致儀器的分辨率*，可達(dá)原子級(jí)水平。運(yùn)用此種模式可測量原子間的相互作用力，所測小力可達(dá)10-9N。對(duì)于針尖與樣品間的摩擦力，也可用該模式進(jìn)行測量，這時(shí)小檢測極限可達(dá)10-10N。根據(jù)反饋方式的不同，該模式又可分成恒力模式和形變變化模式兩種。前者反饋信號(hào)控制樣品上下運(yùn)動(dòng)，使得微懸臂的形變及其與樣品間的相互作用力保持恒定;后者樣品只進(jìn)行掃描運(yùn)動(dòng)，反饋線路控制使得微懸臂隨表面的起伏而上下運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，由于反饋直接控制隧道針尖，導(dǎo)致儀器工作穩(wěn)定，但其數(shù)據(jù)的解釋要困難一些。
上面描述的這種接觸模式適應(yīng)于對(duì)硬表面的觀察，并可達(dá)到較高的分辨率，但這種接觸模式與樣品表面相互作用較強(qiáng)，對(duì)于生物樣品，由于它相對(duì)于云母，石墨及金等固體材料具有較大的柔軟性，目前對(duì)其觀察還沒有達(dá)到足夠高的分辨率，在針尖掃描時(shí)，有時(shí)還會(huì)造成樣品表面的損傷。而對(duì)于吸附在堅(jiān)硬表面的樣品，在探針的作用下有時(shí)會(huì)被移動(dòng)而不利于成像。對(duì)于生物材料，由于其表面較軟如果采用接觸模式，在不降低其分辨率的情況下，應(yīng)盡量降低針尖與樣品的作用力，以免造成表面損傷。
2.廠家的儀器的功能和特性是否滿足我的科研要求?
詳細(xì)閱讀產(chǎn)品資料中的技術(shù)性能指標(biāo)，不肯定時(shí)可將您的樣品交給廠家要求試驗(yàn)做樣，看看其結(jié)果是否滿意再下結(jié)論;
3.該廠家的儀器所做出來的結(jié)果是否得到國內(nèi)、國外核心期刊的認(rèn)可?用該廠家的儀器在國內(nèi)、國外核心期刊所發(fā)表的數(shù)量和質(zhì)量如何?
有些廠家無法提供自己儀器經(jīng)同行審議的、已經(jīng)公開發(fā)表、有人負(fù)責(zé)任的應(yīng)用成果，但卻在網(wǎng)站上或宣傳材料中陳列了一些不明出處或摘自我們或國外其他廠家儀器得到的結(jié)果，并煞有介事地就此對(duì)自家儀器的性能進(jìn)行分析和推論，誤導(dǎo)客戶;
4.該廠家的儀器的*是多少?口碑如何?
您可以要求該生產(chǎn)廠家提供用戶名單、聯(lián)系;
5.該廠家的企業(yè)文化如何?背景如何?
請注意，有良好傳統(tǒng)的廠家的產(chǎn)品在市場上是有保障也是受歡迎的;
6.該廠家的技術(shù)隊(duì)伍、研發(fā)能力是否強(qiáng)大?售后服務(wù)、產(chǎn)品升級(jí)是否有保障?
更多的通過交流了解該廠家的實(shí)力和服務(wù)態(tài)度，條件許可的話，您可以到廠家處實(shí)地考察，帶上您的樣品，親自到廠家處操作儀器對(duì)您的樣品進(jìn)行測試;
7.了解儀器的成像模式，特別重要的是，原子力顯微鏡(AFM)是否具備接觸、輕敲、相移成像等多種工作模式?
8.了解儀器是否具備一些重要功能，如：
是否具備樣品全自動(dòng)逼進(jìn)功能?一些儀器必須配合手動(dòng)逼近，操作起來不勝其煩，而且很容易損壞探針
是否具有圖形刻蝕模式和矢量掃描模式等納米加工技術(shù)?
是否配備強(qiáng)大的在線控制軟件和后處理分析軟件?
能否對(duì)原來的儀器進(jìn)行升級(jí)和二次開發(fā)?
掃描器大掃描范圍可達(dá)到多大?
可放置樣品的大尺寸的直徑和厚度是多少?
有些功能您目前不一定用得到，但具備這些擴(kuò)展能力，對(duì)于保護(hù)您的投資非常重要。
9.綜合上述因素，整體考慮儀器的性價(jià)比如何，結(jié)合您的經(jīng)費(fèi)、偏好等因素做出選擇。
二、簽訂合同時(shí)務(wù)必注意的事項(xiàng)：
1.簽訂合同時(shí)，您務(wù)必將關(guān)鍵參數(shù)及性能指標(biāo)寫入到驗(yàn)收條款中：
驗(yàn)收必須以通用標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，避免輕信某些商家的過分吹噓，到驗(yàn)收時(shí)以這樣那樣的理由降低驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)甚至不驗(yàn)收，而買回來一堆廢鐵。
上*的標(biāo)準(zhǔn)為：
STM：橫向0.13nm垂直0.01nm(以石墨定標(biāo))
AFM：橫向0.26nm垂直0.1nm(以云母定標(biāo))
有些廠家含混其詞，將AFM的橫向分辨率寫為0.4nm，以回避原子分辨的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
2.必須在購買合同中聲明電腦操作系統(tǒng)軟件、在線控制軟件和后處理分析軟件都是正版軟件，如果不事先約定，有些廠家就可能預(yù)裝盜版系統(tǒng)軟件，甚至其在線控制軟件和后處理分析軟件都是基于盜版軟件開發(fā)的。
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