液相掃描探針顯微鏡
? ? ? ?本原系列掃描探針顯微鏡(SPM)/原子力顯微鏡(AFM)的通過增加液相探針架-樣品池系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)液相掃描探針顯微鏡功能。
? ? ? ?和大氣下的掃描探針顯微鏡(SPM)相同,液相環(huán)境掃描探針顯微鏡也具有接觸模式和輕敲模式,不過在液相中,優(yōu)于探針的微懸臂梁振動(dòng)受到液體的作用,其固有頻率會(huì)往低頻方向移動(dòng)、Q值(品質(zhì)因數(shù))減少,使得輕敲模式下探針的實(shí)際工作頻率比大氣下要小很多。

液相掃描探針顯微鏡原理圖

液相掃描探針顯微鏡液體池外觀
? ? ? ?與大氣下的掃描探針顯微鏡(SPM)相比,液相環(huán)境掃描探針顯微鏡具有如下優(yōu)點(diǎn):
?? ?1.保持液相環(huán)境

? ? ? ?對于許多樣品,保持液相環(huán)境至關(guān)重要。例如,對于大多數(shù)的生物樣品,溶液環(huán)境最接近其自然生理狀態(tài);而且,還可通過改變液體的性質(zhì)(如成分、酸堿度等)來觀察樣品的相應(yīng)變化;此外,液相環(huán)境掃描探針顯微鏡也是目前研究固-液界面 (如原位電化學(xué)研究)最確實(shí)可行的手段。

蛋白的液相原子力顯微鏡檢測結(jié)果(2um)
? ? ? ?2.克服毛細(xì)力

? ? ? ?大氣條件下,大多數(shù)樣品表面都吸附有一個(gè)幾納米厚的覆蓋層(凝聚水蒸氣或其他有機(jī)污染物),當(dāng)探針接觸到這個(gè)吸附層時(shí),毛細(xì)作用會(huì)使探針進(jìn)入吸附層并產(chǎn)生向下作用力——毛細(xì)力,增加了探針對樣品的總作用力。在液相中,由于探針和樣品完全浸泡在液體里,不存在毛細(xì)作用,因此,可減小檢測時(shí)探針對樣品的作用力。

竹子纖維的液相原子力顯微鏡檢測結(jié)果(10um)
? ? ? ?3.消除靜電

? ? ? ?如果樣品表面帶有靜電荷,那么,探針會(huì)因受到該電場作用而極化并產(chǎn)生額外的粘附力,這也會(huì)增加探針對樣品的作用力。在液相下,樣品表面的靜電荷會(huì)被消散,或者因使溶液在界面產(chǎn)生極性相反的離子層而被屏蔽,有效消除因樣品帶有靜電而產(chǎn)生的影響。

不銹鋼在大氣(左)和純凈水(右)的原子力顯微鏡檢測結(jié)果比較(5um)
由于有效克服了毛細(xì)力和靜電的影響,有效減少了成像是探針和樣品的相互作用力,液相中成像的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)更為清晰
? ? ? ?與原子力顯微鏡(AFM)不同,由于掃描隧道顯微鏡(STM)是通過檢測探針與樣品間的隧道電流進(jìn)行工作的,而其應(yīng)用于固-液界面研究時(shí),溶液中的探針與基底間的法拉第電荷轉(zhuǎn)移電流總會(huì)疊加到隧道電流上,為了有效的抑制法拉第電流的干擾,必須對STM探針進(jìn)行絕緣包封,使其只裸露針尖頂端極少局域部分。
