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中显恒业参加2017先进功能材料与原子力显微技术

2019-11-03 10:35

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10月30日消息,最近,华东师范大学物理与电子科学学院上海市极化材料多功能磁光光谱技术服务平台胡志高教授团队在实用化扫描探针显微技术电解液溶液下高分辨成像领域取得一系列重要进展,实现了稳定可靠的高空间分辨高灵敏度PFM液下显微成像。详细地呈现了SPM电学成像中的针尖-样品结在含有不同阴阳离子电解液中的复杂电势分布和电场屏蔽效应。相关成果连续两篇在应用物理权威期刊《Physical Review Applied》上报道。

纳米材料与器件在过去二十余年迅猛发展:一方面,材料性能日益多功能化,常常集力、电、磁、热、光等多场耦合效应于一身;另一方面,材料的微观结构也变得更加复杂而富有层次,对其宏观性能产生深远影响。当前,在纳米尺度调控并测量材料的电、光、磁、力、热及其耦合响应时机已经到来,而这也是推动先进功能材料与器件发展的大势所趋。近年来,各国研究者开始运用原子力显微方法(AFM)在纳米尺度调控和测量材料的多场物性,如铁电畴的成像与翻转、锂离子的嵌入与析出,以及光电子的激发与复合,取得了丰硕的成果。然而,由于表征技术的挑战以及分析方法的困难,人们对微观局域多场效应的关注还不多,相关调控和测量仍处于襁褓之中。国际压电原子力显微技术暨纳米尺度力电耦合高级研讨会已有十余年的历史,每年在北美、欧洲和亚洲轮流举行。继2010年在北京科技大学、2013年在南京大学、2016年在北京航空航天大学成功举办,本届会议将是该国际系列研讨会第四次在中国召开,旨在聚集学术界及工业界信息功能材料、先进能源材料以及原子力显微技术等学科领域的专家学者,交流思想、讨论问题、促进合作,深入先进原子力显微方法及其在信息功能材料、先进能源材料以及生物体系中的应用,并提供各种原子力显微技术的应用演示和样品测试。

同时,该团队与原子力显微镜研发Bruker公司纳米表面部门合作,提出了基于数据立方体的压电力显微镜新模式,向人们展示了该技术在空气和液体环境中测试材料机电耦合性能方面的优异表现,为更加全面和深入研究功能材料的机电性质提供了新的解决方案。该合作成果于同年在《Nanotechnology》期刊上发表。液相AFM电学成像新突破:高空间分辨高灵敏度显微成像该研究聚焦于上述导电液体环境下的电学显微表征难题和挑战,提出了PFM成像新方法和新效应,发展了在纳米级空间分辨的间接接触式导电液下机电耦合成像新技术。

2017 先进功能材料与原子力显微技术国际研讨会(AFM²)即将在2017年12月8-10日在中国地质大学(武汉)会议中心举办。

该项研究基于纳米电极探针的设计,相比于常规大气环境PFM表征结果,在去离子水环境下的探测呈现了更高的空间分辨率和信噪比。实验选取经典的具有广泛实际应用和典型自发极化状态的PbTiO3基铁电单晶作为模型样品,通过对铁电畴壁被测宽度的观测,在1 mM MgCl2和K2SO4等电解液中均得到了20 nm以下的高分辨机电耦合成像。液相AFM电学成像新突破:高空间分辨高灵敏度显微成像力是原子力显微镜成像系统的灵魂。在液体环境中,系统避免了毛细相互作用对成像的不良影响,更好地控制了探针尖端与样品间力的大小,使测试驱动信号聚焦于样品被测区域得到高分辨数据。

中显恒业将携英国纳米磁(NANOMAGENTICS)原子力显微镜参加此次学术盛会。

在此情况下进一步随着环境溶液浓度的升高,研究团队基于有限元分析发现:由于溶液离子在测试驱动电场的作用下在界面处形成双电层结构,德拜电场屏蔽效应主导了PFM液下机电耦合成像。系统的模拟结果探讨了电解液离子浓度和不同化合价配比条件下的针尖端周围电场屏蔽强度分布对于液下PFM成像技术的影响,理论模拟充分证明了PFM在电解液环境中成像能力的相关规律,成像分辨率在高浓度环境下明显减弱的现象也证明了增强的电场屏蔽效应。随着该技术未来在生物压电系统的推广,生物样品要求探针表征过程保持非常小的成像力。

英国纳米磁仪器有限公司(NanoMagnetics Instruments)简介

在实验中,研究过程也特别考虑了探针与样品表面之间较小相互作用力成像能力的影响,实验总结了134 nN到-22 nN力区间对成像分辨率的规律,发现在测试过程中电解液环境下0 nN附近仍可以稳定成像,非常有利于实现无损探测。

纳米磁仪器有限公司(NanoMagnetics Instruments)是扫描探针显微镜(SPM)和各种科学技术领域测量系统领域的世界领先公司之一,特别是在低温检测原子力显微镜方面以卓越的技术引领全球。NanoMagnetics Instruments公司于1998年成立于英国牛津,核心团队及研发人员均来自于牛津大学等知名学府的教授或博士,在德国、英国、美国、新加坡和土耳其均有分支机构。其产品凭借卓越的品质和独特的高科技服务于全球各国,客户涵盖世界知名大学与科研机构,像牛津大学,麻省理工学院,日本京都大学和哈佛大学的研究实验室等知名科研单位,以及其他著名的科研实验室,如洛斯阿拉莫斯国家实验室、阿贡国家实验室、印度塔塔研究所、美国宇航局(NASA)等政府机构以及希捷、微软、三星、苹果等公司都是我们的客户。我们的客户涵盖全球排名前10位的6所大学和排名前100位的27所大学。我们公司在中国的总代理为北京中显恒业仪器仪表有限公司。

另外,研究团队发展了基于数据立方体的压电力显微镜模式。在空气环境,非极性和极性液体环境中直接观测了LiNbO3在纳米尺度下的电机械行为。DataCube-PFM是基于快速力曲线阵列进行的,可以快速直接的找到探针和样品的共振频率,同时可以给出样品的力学信息。在DataCube-PFM中,探针在样品的每一点上从远处接近样品,当探针与样品接触后,探针会在样品表面停留一段时间。在这个时间内,会在一定频率范围内做一次频率扫描以获得频率依赖的压电响应信号。随后,探针会抬离表面。每一次接近和远离的过程都构成了一个完整的力曲线测量,可以获得样品的力学信息,比如弹性模量、粘附力、能量损失和最大形变量。而跳跃式进行的DataCube-PFM测量,与传统接触模式的PFM测量相比,消除了探针侧向力的影响。除了传统的形貌测量和力学性质测量之外,DataCube-PFM的方法可以提供每一个测量点的频率依赖的压电响应信息,这样就获得了样品表面一个三维的数据立方体。该技术模式的实现也已经被广泛应用于电化学显微成像和导电原子力显微模式之中。

中显恒业参加2017先进功能材料与原子力显微技术国际研讨会

该系列工作为扫描探针显微镜技术在导电溶液环境中高空间分辨率电学成像的发展、以及推广PFM应用于生物和半导体等交叉学科课题中打下了基础。理论和实验结果的一致性也为进一步发展扫描探针电学成像技术提供了新思想。该课题得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及上海市科委等项目的资助与支持。

我们拥有一支由科学和工程背景的技术人员组成的团队,为我们提供了研发和制造所需的专业知识。系统的设计、开发、制造、装配、集成和测试都是在机械、电子和软件需求的基础上完成的。

研究背景

我们的产品组合主要由包含以下五大系列:

压电力显微镜,作为一种基于扫描探针显微技术的局部机电耦合性质的直接表征手段,能够广泛用于探究铁电、低维纳米压电以及生物电系统的机电性质。自2006年以来,研究人员一直在尝试进一步提高PFM的测试灵敏度、准确度和空间分辨率。随着PFM的技术进步和应用,诸多铁电压电问题得以解释,如在超晶格和纳米结构中的铁电性起源、磁电耦合和铁电极化开关机制。然而,随着能源转换、极端环境传感器件、电生理系统以及生物压电传感等领域的不断发展,PFM技术在针尖力学控制和实时测试环境的需求越来越高。

环境扫描探针显微镜Ambient Scanning Probe Microscopes (SPMs)

另外,由于导电探针在导电溶液中复杂电学和电化学效应,SPM成像技术应用于导电溶液环境中的电学测量方面仍然停滞不前。因此,为实现SPM在导电溶液环境下的微纳尺度电学探测,新型适配的探针设计和电解液环境下的物理机理仍需要进一步研究。液相AFM电学成像新突破:高空间分辨高灵敏度显微成像液相AFM电学成像新突破:高空间分辨高灵敏度显微成像液相AFM电学成像新突破:高空间分辨高灵敏度显微成像

低温扫描探针显微镜Low Temperature Scanning Probe Microscopes SPMs

控制器和独立电子产品Controller Standalone Electronics

测量、表征和操作系统Measurement, Characterization Manipulation Systems

定制型制造系统和零件Custom Manufactured Systems Parts

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1 、环境扫描探针显微镜( SPM )

这个系列的原子力显微镜主要用于测量材料的各种表面性质,并广泛应用于科学和技术应用。它们是对传统光学显微镜和电子显微镜的补充,在简单的表面形貌测量之外有广泛的应用。如载体密度、电荷分布、结合能、电化学性能、表面等性能简单iv到力距离的磁场剖面、硬度和光谱测量用这些显微镜可以研究纳米力学性能。也可以检查一下在各种大气条件下的样品,特别是生物应用所需。这个系列的产品型号有ezAFM, ezSTM, hpAFM, AFM+, Ambient AFM 和RT-SHPM。

2、低温扫描探针显微镜

与上述性质类似,这些显微镜被设计为在极端温度(˂10mK)和高磁场(˃20T)下工作。 我们定制我们的产品,以适应我们的客户现有的低温恒温器或稀释冰箱。 交钥匙解决方案也可用。 它们主要用于磁性或超导材料研究。 我们在这个类别的产品是LT-AFM / MFM,LT-SHPM,mK-AFM / MFM和mK-SHPM。

3、控制器与独立电子设备

我们的产品拥有的电子控制和信号处理要求,给了我们模拟和数字设计的独特能力。我们使用我们的系统和出现的组件的控制器可以独立地用于不同的目的。USB接口、USB干涉仪、高斯计和SPM控制器属于该产品组。以下是我们的一些相关能力:

a.模拟设计

亚微安培低噪声电流源。

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