原子力顯微鏡對工作環境的要求相對靈活,它可以在多種環境下進行操作,以滿足不同實驗和研究的需求。以下是AFM原子力顯微鏡可以放置的主要環境類型:
真空環境:
早期的掃描隧道顯微鏡(STM)研究常在超高真空下進行,以避免大氣中雜質和水膜的干擾。真空原子力顯微鏡同樣能減少這些干擾,但操作相對復雜。
真空系統用于實現真空環境,有助于避免大氣中的雜質和水膜對測量結果的干擾。
氣相環境:
原子力顯微鏡在氣相環境中操作較為容易,且廣泛采用。
在氣相環境中,AFM原子力顯微鏡不受樣品導電性的限制,可在空氣中研究任何固體表面。
但氣相環境中原子力顯微鏡可能受到樣品表面水膜的影響。
液相環境:
在液相環境中,原子力顯微鏡將探針和樣品置于液池中,可以在液相中研究樣品的形貌。
液相中AFM原子力顯微鏡消除了針尖和樣品之間的毛細現象,因此減少了針尖對樣品的總作用力。
液相原子力顯微鏡的應用十分廣泛,包括生物體系、腐蝕或任一液固界面的研究。
電化學環境:
電化學原子力顯微鏡在原有AFM原子力顯微鏡基礎上添加了電解雙恒電位儀和相應的應用軟件。
電化學原子力顯微鏡可以現場研究電極的性質,包括化學和電化學過程誘導的吸附、腐蝕以及有機和無機分子在電極表面的沉積和形態變化等。
此外,為了確保AFM原子力顯微鏡能夠精確、穩定地進行納米尺度測量,還需要注意以下環境配置和控制要求:
可控氣氛腔室:能夠控制腔室內的氣氛,以適應不同的實驗需求。
腔室溫濕度調節系統:確保腔室內的溫度和濕度處于適宜范圍,通常溫度≥50℃,濕度≤60%。
樣品加熱冷卻系統:能夠實現對樣品的加熱和冷卻,溫度范圍可達-90℃至300℃。
樣品制備與固定:樣品需固定在平整、干凈的基底上,如云母片、硅片等,基底的選擇取決于樣品的親疏水性。粉末樣品需超聲分散后滴涂,塊狀和薄膜樣品則用膠粘在基底上。液體樣品需配好膠體溶液,保證樣品均勻分散,無沉積,溶液澄清透明。
振動與電磁干擾控制:操作時應盡量避免振動和電磁干擾,以確保測量結果的準確性。
綜上所述,原子力顯微鏡可以在真空、氣相、液相和電化學等多種環境下進行操作,但需要根據具體實驗需求和樣品特性來選擇合適的工作環境,并確保相應的環境配置和控制要求得到滿足。