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島津SPM-8100FM的應(yīng)用領(lǐng)域
原子力顯微鏡經(jīng)過三十年的發(fā)展，技術(shù)趨于成熟，在真空下可以達(dá)到“原子級”分辨率。但是在實(shí)際應(yīng)用中，絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要大氣環(huán)境甚至液體環(huán)境。這兩種環(huán)境下探針固有的低Q值使圖像分辨率急劇變差，甚至無法達(dá)到納米水平。SPM-8100FM真是為了解決此困境而生。運(yùn)用創(chuàng)新性的調(diào)頻技術(shù)，SPM-8100FM突破了復(fù)雜環(huán)境影響分辨率的瓶頸，在液體環(huán)境下也能達(dá)到傳統(tǒng)原子力顯微鏡在真空中的分辨率，極大地?cái)U(kuò)展了原子力顯微鏡的應(yīng)用范圍。
1. 在納米材料中的應(yīng)用
納米材料是原子力顯微鏡的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域。作為具有納米級分辨率的觀察工具，原子力顯微鏡在此領(lǐng)域的作用*。SPM-8100FM在大氣環(huán)境下即可實(shí)現(xiàn)亞納米級的分辨率，相比起傳統(tǒng)模式真空型原子力顯微鏡，既節(jié)省了費(fèi)用，又降低了操作復(fù)雜程度，同時(shí)獲得了更清晰的圖像。
觀察在大氣中解理的聚丁二炔結(jié)晶表面。將廣域圖像（左圖）中觀察到的臺階擴(kuò)大，如右圖，沿著與b軸平行的間隔0.75nm的丁二炔主鏈，可以觀察到相隔0.5nm排列的PTS側(cè)鏈。因?yàn)榭梢杂^察到原子缺陷，所以通過圖像處理可證明不是傅里葉變換周期像而是實(shí)際形貌像。
上圖是在純凈水中對方解石表面結(jié)構(gòu)的原子級分辨率觀察。在左圖中可以觀察到方解石表面的缺陷。
2. 在高分子材料及薄膜類材料中的應(yīng)用
高分子材料及薄膜類材料往往比較柔軟，表面楊氏模量較小。因此傳統(tǒng)的掃描模式，無論接觸模式還是調(diào)幅模式，探針都無法避免與樣品間的作用，對樣品的表面有損傷。在此條件下用原子力顯微鏡進(jìn)行楊氏模量掃描也往往誤差很大。SPM-8100FM基于頻率的高靈敏度個高速率反饋，實(shí)現(xiàn)了非接觸掃描，在掃描過程中，探針能很好地保持與樣品間的距離，不碰觸樣品，實(shí)現(xiàn)了對高分子材料及薄膜材料的無損檢測。
N，N-雙（烷基）-萘二酰亞胺是個四環(huán)結(jié)構(gòu)，在液體環(huán)境中觀察小區(qū)域的分子結(jié)構(gòu)，可以清楚看到這種四環(huán)結(jié)構(gòu)重復(fù)。
3. 生物高分子
在現(xiàn)有條件下，無法實(shí)現(xiàn)在生理環(huán)境下對生物高分子的高分辨掃描。因?yàn)樯锔叻肿又挥性趪?yán)格的緩沖液環(huán)境中才有活性，如果進(jìn)行干燥處理，此類分子會發(fā)生變性從而失去活性。而在液體環(huán)境中，傳統(tǒng)的調(diào)幅模式受制于水的粘滯阻力導(dǎo)致的振動質(zhì)量因子降低，無法實(shí)現(xiàn)高分辨成像。SPM-8100FM不受液體環(huán)境的影響，無疑為生物高分子在生理環(huán)境下的檢測提供了的解決方案。
在生理環(huán)境下（PBS溶液），觀察DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)?？梢郧逦乜吹酱鬁闲系膮^(qū)分。測量螺距為3.7nm，與理論值3.6nm幾乎*吻合。
在一個螺距的兩條鏈上做剖面線，可以的到堿基的分布，每條鏈上部的4個堿基清晰可見，證明該圖達(dá)到了分子基團(tuán)級別的分辨率。
4. 界面物理與界面化學(xué)
絕大多數(shù)反應(yīng)都需要分散體系，液體分散系是zui常用的。物理化學(xué)及界面化學(xué)對反應(yīng)發(fā)生的固液交界面結(jié)構(gòu)多有分析，也形成了很多固液界面結(jié)構(gòu)的理論。但是長久以來，這樣的理論只能通過數(shù)理計(jì)算和宏觀統(tǒng)計(jì)予以支持，雖然也提出了很多模型，但都止步于具體觀測。常規(guī)的紅外光譜或者X射線分析，只能通過譜線分析含量與類型。
SPM-8100FM因?yàn)榫哂?的信號靈敏度和反饋速度，因此可以獲取固液交界面及界面以上一段距離內(nèi)的勢能場分布，并形成一張直觀的三維分布圖。利用此圖像，不僅可以得到界面不同高度的物質(zhì)分布，還可以與其他分析儀器一起，分析得到電荷作用，鍵的行成與斷裂等信息。對于分子自組裝、膠體化學(xué)、催化機(jī)理、化學(xué)鍵理論等的研究都有直接的促進(jìn)。
固液界面處液體的分層是物理化學(xué)理論中被廣為接受的認(rèn)識。但是一直沒有直接的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)給與驗(yàn)證。SPM-8100FM因?yàn)榫哂?的對作用力的分辨率，因此可以分辨這種液體分層現(xiàn)象。依據(jù)固體與液體的不同，分層一般為2-5層，總厚度在0.5nm以內(nèi)。這是原子力顯微鏡可以掃描液體，突破了只能針對固體表面測試的界限。
依托SPM-8100FM的分辨率和廣泛的應(yīng)用，相信該儀器會在眾多科研領(lǐng)域中占有一席之地，為科學(xué)進(jìn)步技術(shù)發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。
關(guān)于島津
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