不可错过！AFM/SEM/EDS 融合技术新进展：助力前沿领域获重大突破
在当今科学研究不断向极微观领域深入探索的趋势下，对研究对象精细化表征以及研究过程可视化的需求与日俱增。美国Quantum Design公司研发推出的AFM/SEM/EDS多功能显微镜FusionScope，巧妙地将二维大视野范围寻找目标区域的扫描电子显微镜（SEM）、三维立体精细扫描原子力显微镜（AFM）以及X射线元素分析定量测试的能谱仪（EDS）集于一体，能够在-10°-80°的侧向视野下对样品进行观测。这一突破性的设计不仅实现了高分辨率成像，还提供了一种在时空间的原位测试解决方案，可针对样品的能谱，电学，磁学和力学性能进行实时表征，从多个层面实现对样品目标区域的多角度、全方位分析，为科研人员呈现直观、准确的表征结果。
自FusionScope问世以来，便在科研领域备受瞩目。以下将通过一系列具体应用案例，深入展示其在材料表征、动态力学测试、磁学研究、电学结果等众多领域的超卓性能和重要价值。
图1 AFM/SEM/EDS多功能显微镜FusionScope
应用1：维生素C不规则颗粒的实时动态力学测试
在材料表征领域，FusionScope展现出了对复杂形貌进行多维度、全方位研究的能力。以表面形貌极为复杂的维生素C颗粒为例，研究人员借助AFM/SEM/EDS多功能显微镜FusionScope的SEM识别特定单个颗粒的能力，将悬臂尖端精确引导至目标区域，同时利用侧向视野观察AFM的实时动态测量过程。最后结合SEM成像、AFM形貌测量以及力-距离曲线分析，研究人员获取了单个颗粒的形态、表面粗糙度信息以及探针尖端被颗粒污染的可能性，为增强颗粒研究和分析方法奠定了坚实的基础。
图2 SEM侧向视野中探针尖端靠近样品表面
图3 侧向视野中观察到的倾斜样品力学曲线测量动态过程
图4 SEM图像显示了在获取力-距离曲线时悬臂梁的位置，为了说明纳米颗粒在力-距离曲线中的运动，在SEM 图像中添加了水平虚线将其分成了三段（a-c）。图（1）和图（2）之间的力-距离曲线显示悬臂在接触颗粒之前的恒定偏折；另一方面，在图（2）-（3）之间显示了偏折量的增加，该变化是由于探针将颗粒向下推到了表面；最后绿色曲线所示陡峭的力增长是由于纳米颗粒完全定格至底部，完整的力曲线如图（d）所示。
应用2：铁镍纳米棒精细结构与磁学表征
对于不同组分的磁性自旋体纳米棒，精确分析其结构与磁性之间的关系至关重要。研究人员通过调整组分比例制备了Ni81Fe19纳米棒组装体，利用FusionScope进行了形貌定位扫描并精准关联AFM以及SEM数据，成功对三种不同结构的磁性结果进行了关联分析。
图5 SEM 侧向视野实时观察悬臂梁对样品表面扫描并且精细关联SEM与AFM结果
图6 样品纳米棒两端的磁性差异结果
应用3 ：静电力学模式下的电荷分布
FusionScope在电学性能测试方面同样表现出色。在研究硅基底上互相连接的8根电极的电学性能时，仪器搭载的纳米机械手发挥了重要的作用。研究人员通过有选择地偏置单个电极，进行静电力原子力测量，在侧向视野下，将两个纳米机械手放置在电极结构上，从而实现对样品表面的电荷分布进行精确表征。
图7 通过SEM侧向视野的引导，将两个微操作器精确定位在电极样品的两端，同时，导电AFM探针准确落在两个微操作器的中间；AFM形貌图，电流二维图以及线图
同上述实验相似，将两个微操作器放置于金电极样品表面，偏置两个最内侧的电极，在偏置电极结构的顶部进行EFM测量。测量期间，施加的偏置电压从+2V切换到-2V，如图8所示，由于施加偏置电压的切换，EFM信号显示出明显的相移。
图8 通过改变偏压导致EFM信号出现了明显的相偏移
图9 4个Kleindiek纳米机械手集成到FusionScope系统中的实物图，固定在样品台表面可实现耳轴的80°同步旋转。
应用4：EDS三合一元素分析实现纳米颗粒深度剖析
在元素分析方面，FusionScope的SEM、AFM和EDS三合一功能展现出强大的优势。以功能化磁性纳米颗粒研究为例，SEM的宽视场用于快速定位颗粒，为后续的AFM扫描成像提供目标区域。AFM的形貌和相位图像有助于对颗粒表面进行高分辨率成像分析，尤其对于单个颗粒的AFM形貌扫描，可以获得更多三维信息的细节。EDS可以准确识别颗粒内层的铁芯，结合SEM-EDS的关联图像，研究人员可以深入了解铁芯的尺寸以及有机聚合物外壳的厚度。这种对纳米颗粒从形貌到元素组成的全面分析，对纳米材料等领域的研究具有重要意义。
图10 纳米颗粒的SEM-AFM关联图像，通过在SEM视野中寻找分散性良好的单个纳米颗粒，实现该位置精准导航并完成AFM形貌与相位扫描，得到二者的叠加图像
图11 15keV时纳米颗粒的SEM-EDS关联图像，X射线可以分析纳米颗粒中铁元素的分布
应用5：牛骨组织等特殊结构的微观成像
在生命科学领域，对一些难以触及的样品区域进行SEM/AFM分析非常具有挑战性，例如对骨组织的微观结构分析，尤其是骨表面的空隙和胶原纤维的详细测量。FusionScope可对空隙结构进行快速简便的识别和成像，为这一难题提供了有效的解决方案。利用设备SEM的大视野功能，研究人员可以快速识别骨组织表面的空隙结构，并将悬臂直接定位在目标空隙结构上。随后，通过AFM的高分辨成像能力，实现对空隙和胶原纤维亚纳米分辨率的真实3D形貌表征。这一突破性技术为深入研究骨组织等特殊结构提供了直观的图像依据，有助于推动生物医学等领域的研究进展。
图12 悬臂导航至骨组织表面上并对空隙结构进行AFM高分辨率扫描
FusionScope通过SEM实现对AFM针尖的实时、快速、精确导航，确保AFM对感兴趣区域进行精准定位与测量。在测量过程中，无需转移样品，可原位进行-10°-80°AFM与样品台同时旋转，并且研究人员可以实时观察到AFM悬臂的尖端，这种特有的剖面工作方式使得对难以到达样品区域的精确测量成为可能。凭借SEM-AFM-EDS三合一的强大功能，FusionScope在材料科学，失效分析，半导体以及生命科学等领域展现非常重要的作用，为科研创新提供了有力支撑。
样机体验：
为了更好地为国内科研工作者提供专业技术支持和服务，QD中国科学实验中心现开放AFM/SEM/EDS多功能显微镜FusionScope样机体验活动，我们将为您提供样品测试、样机参观等机会，期待与您的合作！欢迎您通过电话：010-85120277/78、邮箱：info@qd-china.com或扫描下方二维码联系我们。
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