Сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения HR-SPM способен не только проводить наблюдения со сверхвысоким разрешением в воздухе или жидкостях, но и впервые позволяет наблюдать за слоями гидратации/сольватации на границе раздела твердой и жидкой фаз.

В сканирующем зондовом микроскопе HR-SPM измерения осуществляются атомно-силовым методом с частотной модуляцией. Метод измерения частотной модуляции обеспечивает более высокое разрешение изображения по сравнению с методом амплитудной модуляции (АМ) который традиционно используют СЗМ (сканирующие зондовые микроскопы) и АСМ (атомно-силовые микроскопы).

Принцип работы AFM FM-типа

Частота вибрации кантиливера измеряется в динамическом режиме, взаимодействия с образцом детектируются. Частотная модуляция кантиливера остается постоянной. Это позволяет производить детектирование силы с чувствительностью в 20 раз превосходящей чувствительность существующих методов, благодаря чему увеличивается разрешение получаемых изображений.

Высокое разрешение при использовании метода FM-AFM позволяет:

• Снизить уровень шума при измерениях в воздухе и жидкостях на 1/20 по сравнению с существующими методами.
• Достигать уровня производительности СЗМ вакуумного типа даже в воздухе и жидкостях!

Улучшенное удобство использования

• Установка сканера HT расширила зону наблюдения и увеличила скорость.
• Двойные мониторы и сигнальные возможности для большей гибкости

Технические характеристики

Опциональные аксессуары

• Сканер 30 мкм.
  Используется для наблюдения в широком диапазоне. X·Y: 30 мкм, Z: 5 мкм
• Сканер 2.5 мкм.
  Используется для наблюдения в узком диапазоне. X·Y: 2.5 мкм, Z: 0.3 мкм
• Оптоволоконный осветитель. Используется для обеспечения углового освещения в дополнение к стандартному коаксиальному падающему освещению.
• Ячейка для раствора типа чашки Петри. Используется для наблюдения процессов в жидкости. В комплект входит специальный консольный держатель.
• Антивибрационный стол с пневматическими демпферами. Пассивный гаситель колебаний напольного типа. Требуется источник сжатого воздуха;
• Активный гаситель вибрации. Настольное устройство, требующее для работы источник питания.
• Активный гаситель вибрации со специальной подставкой.
• Программное обеспечение для анализа частиц. Извлекает несколько частиц из данных изображения и вычисляет характеристические значения для каждой частицы.
• Статический элиминатор. для удаления статического электричества.

Приложения

Наблюдения за атомарным разрешением в растворе

Наблюдения проводились за расположением атомов на поверхности NaCl в насыщенном водном растворе. Атомы, скрытые шумом в существующих наблюдениях AFM (метод АМ, слева), хорошо видны при использовании метода FM (справа). Метод FM обеспечивает истинное атомарное разрешение.

Наблюдение частиц катализатора Pt в воздухе​

Частицы катализатора Pt в подложке из TiO₂ идентифицировали, а поверхностный потенциал измеряли с помощью KPFM. Частицы Pt размером в несколько нм наблюдались при обмене зарядами с подложкой. На рисунке справа красные кружки обозначают положительный потенциал, а синие - отрицательный. Очевидно, что разрешение значительно улучшилось, даже для KPFM.
KPFM: Kelvin Probe Force Microscope

Примечание. Функциональность KPFM доступна по специальному заказу

Молекулярная структура в тонкой пленке кристаллов Фталатоцианина свинца

На изображении представлены кристаллы фталатоцианина свинца, широко используемые в производстве органических светоизлучающих дисплеев и в солнечных батареях.

Ясно наблюдается четырех лопастная структура окружающая центральный атом металла.

Молекулярная структура белка

Объект - насыщенный водный раствор Лизоцима яичного белка. Молекулы белка (окружности на левом рисунке) наблюдались внутри поверхности ячейки (прямоугольная область на рисунке). Существующие AFM техники не позволяют наблюдать внутренности ячейки, в то время как четыре молекулы белка наблюдаются при помощи сканирующего зондового микроскопа HR-SPM и полученные изображения согласуются с моделью, представленной на рисунке справа.

Наблюдаемые структуры гидратации / сольватации

Как известно, жидкости при контакте с твердыми веществами начинают расслаиваться. Процесс называется сольватацией (гидратацией применительно к воде).

Считается, что эта характерная структура, отличающаяся от структуры чистой жидкости образуется под влиянием различных процессов, возникающих на границе жидкость / твердое тело, таких как растворение, химические реакции, перенос заряда, смачивание, увлажнение, перенос тепла в жидкую фазу.

Тем не менее, экстремально тонкий слой границы сольватации очень сложно измерить экспериментально. В частности, неоднородные структуры в плоскостном направлении поверхности ранее не наблюдались.

Сканирующий зондовый микроскоп HR-SPM дает возможность не только наблюдать поверхность, но и измерять на границе взаимодействия жидкость / твердое тело.

При измерении гидратации / сольватации, изменение силы на кантеливере очень невелико. Ультра-чувствительный метод частотной модуляции (FM) позволил измерить и эти силы. Метод дает возможность измерения структур сольвации не только в направлении Z-X , но также и анализировать трехмерные Z-XY структуры.

Материалы для скачивания

Cканирующий зондовый микроскоп HR-SPM (SPM-8100 FM) Shimadzu (Листовка ЛФ)

Cканирующий зондовый микроскоп HR-SPM (SPM-8100 FM)  (Брошюра Shimadzu, англ.)

Основы сканирующей зондовой микроскопии (В.Л.Миронов.)

Сканирующая зондовая микроскопия (конспект лекций)