原子力显微镜对工作环境的要求相对灵活,它可以在多种环境下进行操作,以满足不同实验和研究的需求。以下是AFM原子力显微镜可以放置的主要环境类型:
真空环境:
早期的扫描隧道显微镜(STM)研究常在超高真空下进行,以避免大气中杂质和水膜的干扰。真空原子力显微镜同样能减少这些干扰,但操作相对复杂。
真空系统用于实现真空环境,有助于避免大气中的杂质和水膜对测量结果的干扰。
气相环境:
原子力显微镜在气相环境中操作较为容易,且广泛采用。
在气相环境中,AFM原子力显微镜不受样品导电性的限制,可在空气中研究任何固体表面。
但气相环境中原子力显微镜可能受到样品表面水膜的影响。
液相环境:
在液相环境中,原子力显微镜将探针和样品置于液池中,可以在液相中研究样品的形貌。
液相中AFM原子力显微镜消除了针尖和样品之间的毛细现象,因此减少了针尖对样品的总作用力。
液相原子力显微镜的应用十分广泛,包括生物体系、腐蚀或任一液固界面的研究。
电化学环境:
电化学原子力显微镜在原有AFM原子力显微镜基础上添加了电解双恒电位仪和相应的应用软件。
电化学原子力显微镜可以现场研究电极的性质,包括化学和电化学过程诱导的吸附、腐蚀以及有机和无机分子在电极表面的沉积和形态变化等。
此外,为了确保AFM原子力显微镜能够精确、稳定地进行纳米尺度测量,还需要注意以下环境配置和控制要求:
可控气氛腔室:能够控制腔室内的气氛,以适应不同的实验需求。
腔室温湿度调节系统:确保腔室内的温度和湿度处于适宜范围,通常温度≥50℃,湿度≤60%。
样品加热冷却系统:能够实现对样品的加热和冷却,温度范围可达-90℃至300℃。
样品制备与固定:样品需固定在平整、干净的基底上,如云母片、硅片等,基底的选择取决于样品的亲疏水性。粉末样品需超声分散后滴涂,块状和薄膜样品则用胶粘在基底上。液体样品需配好胶体溶液,保证样品均匀分散,无沉积,溶液澄清透明。
振动与电磁干扰控制:操作时应尽量避免振动和电磁干扰,以确保测量结果的准确性。
综上所述,原子力显微镜可以在真空、气相、液相和电化学等多种环境下进行操作,但需要根据具体实验需求和样品特性来选择合适的工作环境,并确保相应的环境配置和控制要求得到满足。