HR-SPM
观察生动的纳米世界 HR-SPM是采用频率检测方式（Frequency Modulation）的新一代扫描探针显微镜。不仅可在大气·液体环境中实现超高分辨率的观察，还首次实现了固液界面的水化作用层（hydration）·溶剂化作用层（solvation）的观察。
HR-SPM：High Resolution Scanning Probe Microscope |  |
HR-SPM的特点
●采用FM(频率调制)方式
●大气·液体环境中的噪声减少到以往的1/20
●在大气·液体环境中实现真空型SPM的性能水平！ 以往的SPM（扫描型探针显微镜）/AFM（原子力显微镜）是AM（振幅调制）方式，而FM（频率调制）方式从原理上就因为高灵敏度检测从而可实现更高的分辨率。 SPM：Scanning Probe Microseope
AFM：Atomic Force Microscope
AM：Amplitude Modulation
FM：Frequency Modulation |  |
和以往SPM/AFM相比的不同
液体中原子分辨率观察
 | 图为在饱和溶液中观察NaCl表面的原子排列。以往AFM（AM方式：左）湮没在噪声中的原子通过FM方式（右）则可以清晰地观察到。
FM方式可以得到真正的原子分辨率（True Atomic Resolution）。 |
大气中Pt催化粒子的KPFM观察
 | TiO2基板上的Pt催化粒子被识别了出来，并通过KPFM进行表面电势的测定。可以观察到数nm大小的Pt粒子和基板间的电荷交换。右图中，红色○区域是正电势，蓝色□区域是负电势。可见对于KPFM观察，分辨率也得到了大幅的提高。 ＊KPFM（Keivin Probe Force Microscope）功能为特殊定制。 |
大气中观察实例
酞菁铅结晶薄膜的分子排列结构
下图为有机发光二极管显示器和燃料敏化太阳能电池中用到的酞菁铅结晶。在大气环境下可以观察到包围分子中央的金属原子的四叶状结构。
聚丁二炔(polydiacetylene)结晶的原子缺陷
观察在大气中解理的聚丁二炔(polydiacetylene)结晶表面。将广域图像（左图）中观察到的台阶扩大，如右图，沿着与b轴平行的间隔0.75nm的丁二炔主链，可以观察到相隔0.5nm排列的PTS（prra-toluenesulfonate）侧链。因为可以观察到原子缺陷，所以通过图像处理可证明不是格子周期像而是实际空间像。
液体中观察实例
蛋白质结晶的分子排列
左图是在饱和溶液中观察到的蛋清溶解酵素。可以观察到表面单胞（右图中的虚线方框）内的蛋白质分子（左图中的圆圈）。以往的AFM无法观察到单胞内部结构，而HR-SPM首次观察到4个蛋白质分子，和右边的模型图一致。
混晶结构
 | 在混合溶液中观察NaCl单晶表面上外延生长的Na2MgCl4晶体。因为可观察到晶体结构，所以可应用于混晶结构的确定。 |
方解石calcite解理面的原子结构
 | 这是在纯净水中实现的对方解石表面结构的原子分辨率观察。在左图中可以观察到方解石表面的缺陷。 ＊使用培养皿溶液池（选购件） |
水化作用·溶剂化作用结构的观察实例
与固体接触的液体形成层状结构，此现象被称为溶剂化作用。如果是水，则被称为水化作用。这种区别于体结构的特殊结构很大程度上左右着固液界面的各种作用变化，如液相内的溶解、化学反应、电荷转移、润湿、润滑、热传导等。 但是，水化作用层·溶剂化作用层非常薄，因此一般的实验手段很难测量。特别是表面面内方向不均一的构造，在此之前还无法测量。 |  |
和以往AFM的不同
测量水化作用·溶剂化作用时，由于悬臂的受力变化非常小，只有通过超高灵敏度的FM方式才首次实现了观测。不仅可以测量Z-X断面的水化作用·溶剂化作用，还可以进行Z-XY的三维构造解析。使HR-SPM性能从表面观察扩展到，固液界面构造的分析。
云母表面的水化作用层实现三层可视化。使用培养皿溶液池（选购件）
水化作用·溶剂化作用的测量方法
1、在液体环境下操作HR-SPM，让悬臂按照设定值（△fmax）高精度地驱近样品表面。
2、将悬臂前端探针的受力情况通过力曲线法进行测量表示。
3、在极其接近固液界面处，可测得探针受到的特征性的力变化（△f）。
4、水化作用·溶剂化作用导致的力的变动提供了液体层状结构相关的信息。
5、X轴方向的连续测量（Z-X测量）可实现水化作用·溶剂化作用结构的断面观察
6、进一步，沿着Y方向反复Z-X测量可以实现三维结构分析。
分析软件
这是三维制图数据的专用分析软件。强有力地支持了水化作用·溶剂化作用构造的数据解析。
●制图数据的三维显示
●从制图数据中抽取·显示二维图像数据
●在二维图像数据上显示·分析指定的一维数据
水化作用·溶剂化作用结构的测量实例
与氧化铝接触的液体水3）
如Z-X测量（左图）所示，红色部分为氧化铝的表面，其上方显示出液体（KCl水溶液）的结构。右图是①～⑤位置的力曲线（Z-△f曲线）。可以看出水溶液结构不均一。平均化后的曲线与X射线CTR散射得到的水分子密度分布相一致。
Al2O3(0112)固液界面的Z-X测量和①～⑤位置上的力曲线
与对硝基苯胺结晶接触的饱和水溶液4）
Z-X测量（左图）中凸部为苯环，凹部为亲水性的官能团所在的位置。从不同位置的力曲线（Z-△f曲线）可以看到在具有亲水基的凹部由于存在水分子而显示出强烈的水化作用。此数据表明，如下图模型，水分子的氢元素和极性基成键，从而使结构更稳定。使用培养皿溶液池（选购件）
主要技术指标
1.SPM单元
| 分辨率 | XY：0.2 nm、Z：0.01 nm |
| SPM头部 | 位移检测系统 | 光源/光杠杆/检测器 |
| 光源 | 激光二极管
（635 nm、5 mWmax、On／Off）
更换样品时对悬臂持续照射 |
| 检测器 | 光敏二极管 |
| 位移换算 噪声水平 | 20fm/√Hz以下 |
| 扫描器 | 驱动元件 | 管状压电元件 |
| 最大扫描范围 | 2.5 µm × 2.5 µm × 0.3 µm（X・Y・Z） |
| 样品台 | 最大样品形状 | ø38 mm × 8 mm |
| 样品更换方式 | 头部滑动机构 |
| 样品固定方式 | 磁性固定 |
| 头部移动范围 | 10 mm × 10 mm |
| Z轴驱动机构 | 方式 | 步进马达全自动驱近 |
| 最大可驱近范围 | 10mm |
| 光学显微镜 | CCD | 靶面尺寸： 1/3inch |
| 有效像素 ： 1024×768 |
| 镜片 | 动作距离： 65mm |
| 光学倍率： 4倍 |
| 照明 | 同轴落射式照明 |
| 减震机构 | 减震台 | SPM单元内置 |
2.控制单元
| 控制单元 | 反馈控制器 | 数字控制方式 |
| 通信接口 | 1000Base-T、TCP/IP协议 |
| 驱动单元 | X·Y轴控制 | －211～＋211 V／16 bit |
| Z轴控制 | －211～＋211 V／16 bit |
| 模拟单元 | 输入电压 | －10～10 V |
| 分辨率 | 16 bit |
| 抽样频率 | 200 kHz |
| 输入信号 | 8通道 |
3.数据处理装置
| 主计算机系统 | 主内存 | 16 GB以上 |
| 外部存储设备 | 内置硬盘250GB以上
CD-RW驱动1套 |
| 通信接口 | 1000Base-T、TCP/IP协议 |
| OS | Windows7 Professional（64bit） |
| 显示单元 | 液晶 | 23英寸宽屏TFT液晶
显示像素 1920×1080像素 |
4.软件
| 在线测定 | 图像观察 | 最多可同时显示8个画面
可显示扫描中横断面的形状 |
| 扫描模式 | XY、ZX、ZXY可切换 |
| 控制画面 | 可设定观察条件 |
| 离线处理 | 一览显示 | 缩略图可实现图像一览 |
| 图像显示、分析 | 可显示·处理·分析图像数据
可显示·分析三维图像数据 |
装置外观
选购件
| 30μm扫描器 | 光纤灯 |
可观察更大范围。X·Y：30μm Z：5μm
 | 同轴落射式照明（标配）以外，供需要侧面照明时使用。
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| 培养皿溶液池 | 气簧式减震台 |
液体观察时使用。附带专用悬臂架。
 | 台式被动减震台。需要压缩空气源。
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| 主动减震台 | 附带专用架的主动减震台 |
桌上主动减震台。只需电源即可作业。
| 配置专用架的主动减震台。
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| 工作台 | 颗粒分析软件 |
数据处理装置用。可选竖直长条型。
| 从图像数据中选取多颗粒，对各颗粒的特征量可进行分析。
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| 消静电装置 |
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需要去除样品、悬臂所带静电时使用。
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FM方式 AFM原理
在动态模式下，测量悬臂的振动频率，从而测得悬臂和样品间的相互作用。具体来说，为了使悬臂的频率偏移(△f)保持一定，让悬臂在非接触状态下运动。与以往相比，检测力的灵敏度提高了20倍以上，因此图像的分辨率也大大提升。
| 问 ： | 悬臂安装时很容易掉落。有方便安装的工具吗？ |
| 答 ： | 使用悬臂安装工具，悬臂只需沿着滑槽移动从而确保顺利安装。 |
(1) 悬臂安装工具上装有悬臂架，并用固定旋钮固定悬臂架。
随后按住夹片押针。（使悬臂夹片处于翘起状态） | (2)将悬臂放置在滑动台上。
◎可在此处稍做调整,或用镊子重新夹稳悬臂!! |
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(3)顺着滑槽将悬臂滑入支架中悬臂的安放位置。
(确保悬臂可以安装好！) | (4)慢慢地押下夹片押柄, 夹片押针回到原位, 翘起夹片
随之复位, 从而将安装好的悬臂固定住。 |
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[适用的悬臂架] AFM用标准悬臂架，
电流用悬臂架，
微小电流用悬臂架，
KFM用悬臂架
注）溶液池用悬臂架无法使用。 | [产品结构] 1) 安装夹具主体 1
2) 调整用六角扳手 4
3) 专用盒 1
4) 说明书 1
★专利申请中 |
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