飞纳电池领域扫描显微镜

扫描探针显微镜，它是各种显微镜的统称，通过多功能一体化后，可以实现材料表面的结构与性质的测量，如对材料表面的形貌、粗糙度、电流电势分布以及磁畴分布情况进行测量，可以说它是材料科学领域中一个不可或缺的表征仪器。说起材料，就不得不提它的重要性。纵观人类发展的历史，我们不难发现，生产技术每一次的革新都离不开材料的突破，材料决定了社会发展的进程。在这材料中，新能源材料与功能材料扮演着重要的角色。随着科技的发展，传统的不可再生能源已不能满足需求，需要发展像太阳能、氢能、核能、风能等新能源；单一功能的材料也不能满足发展的要求了，需要开发出具有特殊、多功能性的新材料，如万能材料石墨烯、碳纳米管以及具有无限可能的高分子材料。目前的新能源材料主要集中在绿色二次电池、氢能、燃料电池、太阳能电池和核能方面，当前的研究技术前沿包括了高能储氢材料、聚合物锂离子电池材料、多晶薄膜太阳能电池材料等。在自然能源利用(太阳能和风力发电)领域，人们努力去提高转化为电能的效率，如钙钛矿太阳能电池材料，经过十年的发展，其光电转化效率从最开始的3.8%到今天的24.2%。能源的获取很重要，如何去低损耗存储和可控释放同样重要，为了灵活应对电力需求，就有了我们今天的聚合物锂离子电池等可充放的大容量二次电池，这些都离不开材料的发展。扫描探针显微镜具有纳米级的分辨率，在生物、医学、材料、微电子等应用学科均有它的用武之地，它在新材料的应用以及今后的新材料发展中发挥着重要作用。

飞纳台式扫描电镜独有的低真空技术，能够最大限度的保持样品的形貌，低加速电压与CeB6灯丝结合，能够提供清晰的微观形貌。

飞纳台式扫描电镜在锂离子电池领域的最新应用——结合手套箱飞纳电镜手套箱版：市面上唯一一台可以放置在手套箱内进行工作的扫描电镜。锂电池材料在检测过程中，为了防止空气与锂电池材料的相互反应，往往需要在惰性气体环境下进行工作。氩（Ar）气手套箱是最常用的隔绝空气设备。飞纳电镜开创了扫描电镜在氩（Ar）手套箱内进行正常工作的先例。扫描电镜如何实现在氩（Ar）手套箱内进行正常工作？飞纳电镜自身的天然优势是基础：1.集成化程度高：占用空间小，主机尺寸仅为 286(w) x 566(d) x 495(h)，可放置在手套箱内；2.结构精简：除主机系统外，只需要配置一个外置隔膜泵，而隔膜泵管道可以通过 feedthrough连接到手套箱外部；3.系统安全性好：飞纳电镜采用 Linux 系统，无需担心系统遭到病毒破坏时，需将电镜取出修理；4.系统的防震性能：飞纳电镜工作时，全部电子光学元件连同样品杯是固定在一起的，外界的震动不会引起图像成像的模糊，完全可以放置在手套箱这种不是特别稳定的工作环境下；5.上提式舱门进样：相比于传统正面推拉式进样，或者侧窗快速进样口推拉式进样，飞纳电镜在进样时舱门是上提式打开的，这样不但节省了大量空间，用户还可以清楚看到装样的过程，飞纳电镜舱门设有保护装置，可以避免误操作；6.灯丝寿命长：用户可以连续使用数年而不需要更换灯丝，也就不需要将电镜从手套箱内取出；除了飞纳电镜自身的天然优势，飞纳电镜研发团队克服了在氩气环境下，高压部件火花放电的问题。扫描电镜在工作过程中，高压发生装置往往会产生数十千伏的高压，而氩气相比空气，更容易被电离，引起高压击穿，轻则影响高压的产生，重则损坏仪器元件。飞纳电镜氩（Ar）气体手套箱版成功地将所有高压发生元件束缚在耐高压树脂保护环境下，成功避免了氩（Ar）气体环境下高压不稳定的问题。

光伏电池是一种将太阳光能直接转换为电能的光电半导体薄片。目前商业化大规模生产的光伏电池主要以硅电池为主，分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。而在提升光伏电池的生产工艺和相关研究中，扫描电镜发挥着巨大作用。

铅酸电池（VRLA），是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。铅酸电池的正负极材料均以铅为主，通过扫描电镜能观测正负极材料经过硫酸腐蚀后的形貌变化，控制生产管控以及缺陷研究。以下是使用飞纳台式扫描电镜拍摄的一系列铅酸电池正负极在没经过腐蚀和经过腐蚀的对比图，并研究其中的区别。

对于常用的金属合金材料（Al，Ti，Fe和Ni），其材料性质和性能主要取决于金属材料组分，金相组织，关键微结构的分布。相比于传统方法使用的金相显微镜，飞纳台式扫描电镜不仅可以在更高倍数下进行观察，还可以使用3D形貌模式金相成像。

重庆中科院绿色智能研究所客户的样品主要为纳米纤维，纤维的直径在 50nm – 100nm 之间，样品使用飞纳台式扫描电镜分别拍摄了 110000 x，50000 x，20000 x 和10000x 。客户现场看到飞纳台式扫描电镜拍摄的 110000x 纳米纤维，很满意。

硅藻可作为一种有效的溺死指示物，如果在尸体内脏组织，肝、肾、骨髓中检测出与现场水样相同种类的硅藻，可以作为溺死指标。硅藻检测方法一般分为四个环节，样品采集－微波消解－真空抽滤－显微镜观察（光学或扫描电子显微镜观察）。

电子显微镜广泛应用在生命科学领域，如动植物组织、细胞及各种微生物微观形态形貌，需要扫描电镜的高分辨和大景深进行表征。

三维X射线显微成像技术（3D XRM）利用X射线极强的穿透能力，获取样品内部信息，再根据计算断层成像（CT）获得三维图像，图像反映了样品内部不同物质在三维空间的分布，可用于缺陷检测，结构分析，物质识别，尺寸测量等不同方向。3D XRM独特的无损、三维成像能力，以及越来越高的分辨能力（亚微米级）使其受到越来越多行业的关注。今天我们来分享布鲁克SkyScan系列高分辨三维X射线显微镜在锂电池领域的一些应用实例。

蚊子独特的翅膀结构使其具有独特的飞行原理。本文使用岛津原子分辨率级别的扫描探针显微镜SPM-9700HT测试了蚊子翅膀边缘处鳞片的表面形貌结构，并进行了剖面数据分析，有望拓展人们对于蚊子等生物翅膀结构的深入认知。

环境扫描电子显微镜(ESEM)中所指的环境并非真正意义上的大气环境(760Torr)，与传统扫描电子显微镜(SEM)样品室高真空库相比，ESEM 样品室的真空度可以很低(约达 20 Torr)。ESEM 是在传统的SEM 样品室中多一个 GSED 探头，因此，它在传统的 SEM 基础上增添了新的功能。其主要的特点是，可以观察合适量水分的样品和非导体材料样品，比如植物的叶片、动物中的昆虫、作物的籽粒、含结晶水的固体材料等。

扫描电子显微镜是观察物质微观表面形貌的主要工具，它主要由真空系统、电子光学系统、图像系统和控制系统组成。现代扫描电子显微镜图像显示系统和控制系统都已经实现PC控制下的数字化，同时增加了图像处理功能，能够容易的与通用软件相结合，方便编辑报告、论文和信息传送。对于早期模拟图像系统和专用计算机控制的数字图像系统的扫描电子显微镜可以通过外接计算机图像采集系统实现模拟图像数字化，或图像系统数字化。什么是模拟图像数字化？就是将获取的图像模拟信号经过模数转换器（ADC）变成数据输入到计算机中存储、显示和处理。根据这种原理制成的图像系统，就是我们常说的被动式图像系统。其优点：采集卡电路简单，价格便宜。缺点：安装、调试困难，因为它需要和扫描电子显微镜的扫描系统同步，所以要改变原扫描电子显微镜内部电路，稍不小心就会造成事故，给扫描电子显微镜带来硬伤。另外，由于不能和扫描电子显微镜扫描真正同步，采集到的图像变形，最为明显的是圆变为椭圆，同时不能实时处理，只有将采集到的图像存储以后进行处理，才可以输出。什么是图像系统数字化？用数字扫描系统替代模拟扫描系统，由此获取的图像信号数据，完全对应电子束扫描点上的样品信息，图像显示分辨率对应电子束在样品上扫描过的行和列的点数，图像扫描和图像显示全数字化。需要说明的是现代数字扫描电子显微镜自定义分辨率值为：1024×1024，这是一个最佳值（从采集速度和分辨率两方面考虑），这和被动式图像系统所谓的图像分辨率不是一个概念。我们称这样的系统为主动式图像系统，国外升级扫描电子显微镜也是采用此种方法。其优点：图像质量高，速度快，不会产生图像变形等问题，安装简单，因为所有扫描电子显微镜都预留有外部图像控制接口，当外部控制信号到来时，内部扫描部分自动被旁路，显示部分被消隐，不需要改变任何内部电路结构。缺点：采集卡电路复杂，成本高。 综述，以上介绍了两种扫描电子显微镜改造图像系统的方法，最主要的区别在于是“被动式图像系统”还是“主动式图像系统”上，其中主动式图像系统是近年来国际上普遍使用的，因为被动式图像系统是一种早期图像数字化过渡产品，所谓的图像分辨率实质上是模拟信号取样点数，并非数字图像分辨率，像质较差，而主动式图像系统标称的分辨率才真正是数字图像分辨率，可以有效提高图像质量。

扫描热显微镜是一种原子力成像模式，绘制样品表面热传导性的变化。与原子力其他测量材料特性模式（LFM，MFM，EFM）相似，扫描热数据能与形貌像数据同时获得。扫描热模式需要使用特殊的纳米制作的测温探针。

电池革命性地改变了电子世界，使我们能够随身携带能量存储装置。在电池研发领域中，微型化和高效化是两个最重要的概念，它们会作用于电池材料的性能、提升电池的使用极限。下面让我们来看看研究人员是如何利用扫描电镜（SEM）对电池材料进行表征并获取相关信息的。

扫描探针显微镜，它是各种显微镜的统称，通过多功能一体化后，可以实现材料表面的结构与性质的测量，如对材料表面的形貌、粗糙度、电流电势分布以及磁畴分布情况进行测量，可以说它是材料科学领域中一个不可或缺的表征仪器。说起材料，就不得不提它的重要性。纵观人类发展的历史，我们不难发现，生产技术每一次的革新都离不开材料的突破，材料决定了社会发展的进程。在这材料中，新能源材料与功能材料扮演着重要的角色。随着科技的发展，传统的不可再生能源已不能满足需求，需要发展像太阳能、氢能、核能、风能等新能源；单一功能的材料也不能满足发展的要求了，需要开发出具有特殊、多功能性的新材料，如万能材料石墨烯、碳纳米管以及具有无限可能的高分子材料。功能材料，就是指通过光、电、化学等作用后具有特定功能的材料，通过功能化后，实现同时具有两种甚至多种功能，如比普通钢材还硬的具有抗腐蚀性工程的塑料，具有抗菌、抗螨虫、低温远红外发热等功能的石墨烯改性纤维，具有生物相容性好的人造组织和器官，它们的出现，不仅关乎人民生活质量的改善和提高，更关乎一个国家未来的发展。“十二五”期间多项国家级技术发明一等奖、科技进步一等奖、自然科学一等奖等均颁发给了新材料领域的技术成果，足以可见发展新材料的重要性。扫描探针显微镜具有纳米级的分辨率，在生物、医学、材料、微电子等应用学科均有它的用武之地，它在新材料的应用以及今后的新材料发展中发挥着重要作用。

扫描探针显微镜，它是各种显微镜的统称，通过多功能一体化后，可以实现材料表面的结构与性质的测量，如对材料表面的形貌、粗糙度、电流电势分布以及磁畴分布情况进行测量，可以说它是材料科学领域中一个不可或缺的表征仪器。说起材料，就不得不提它的重要性。纵观人类发展的历史，我们不难发现，生产技术每一次的革新都离不开材料的突破，材料决定了社会发展的进程。在这材料中，新能源材料与功能材料扮演着重要的角色。随着科技的发展，传统的不可再生能源已不能满足需求，需要发展像太阳能、氢能、核能、风能等新能源；单一功能的材料也不能满足发展的要求了，需要开发出具有特殊、多功能性的新材料，如万能材料石墨烯、碳纳米管以及具有无限可能的高分子材料。功能材料，就是指通过光、电、化学等作用后具有特定功能的材料，通过功能化后，实现同时具有两种甚至多种功能，如比普通钢材还硬的具有抗腐蚀性工程的塑料，具有抗菌、抗螨虫、低温远红外发热等功能的石墨烯改性纤维，具有生物相容性好的人造组织和器官，它们的出现，不仅关乎人民生活质量的改善和提高，更关乎一个国家未来的发展。“十二五”期间多项国家层面技术发明一等奖、科技进步一等奖、自然科学一等奖等均颁发给了新材料领域的技术成果，足以可见发展新材料的重要性。扫描探针显微镜具有纳米级的分辨率，在生物、医学、材料、微电子等应用学科均有它的用武之地，它在新材料的应用以及今后的新材料发展中发挥着重要作用。

布鲁克独有的PeakForce SECM™ 模块是全球首创的完备商用解决方案，在基于原子力显微镜的扫描电化学显微镜上实现了小于100纳米的空间分辨率。

了解结构组成-性能-性能关系是开发更好电池的基础。RISE显微镜是研究这些特征的一种非常有用的技术。

锂电池的结构中（锂电池组成结构示意图见下图1）， 隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。而隔膜性能的评测需要借助到扫描电镜来进行检测。尤其对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而还需要使用耐有机溶剂的隔膜材料，目前一般采用的是高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。

飞纳桌面型扫描电镜 Phenom XL 为 Phenom-World 于 2015 年 6 月发布的产品。XL 样品仓尺寸与可视范围均为 100*100*60mm*，预留 36 个钉式样品台插口。可以选配二次电子探头与能谱探头。各项性能优异，自推出以来迅速得到市场认可。桌面型扫描电镜又称台式扫描电镜，是一款可以放在桌面上的扫描电镜，外形类似台式电脑。

在焊接领域中，为了实现焊接工艺优化、焊件质量把控等工作，通常会使用扫描电镜（SEM）介入研发。焊接工艺参数如功率、起弧时间、工作距离、送丝速度、保护气流速等参数的变化会直接对焊件质量产生影响，因此，使用扫描电镜（SEM）对样品进行实时观察，对焊接工艺参数的及时调整和工艺改进过程将大有帮助。通常，扫描电镜（SEM）可以帮助焊接领域研究人员实现以下功能。

LiteScope™ 是一种独特的扫描探针显微镜（SPM）。 它设计用于轻松集成到各种扫描电子显微镜（SEM）中。 组合互补的SPM和SEM技术使其能够利用两者的优势。使用LiteScope™ 及其可更换探针系列，可以轻松进行复杂的样品分析，包括表面形貌，机械性能，电性能，化学成分，磁性能等的表征。

用户可以使用微球显微镜（超高分辨率显微镜）通过光学方式检查样品，获得由裂缝或灯丝桥引起的纳米级故障。用户还可以检查样品是否符合预期尺寸、形状以及它们的图形/布局，并保留光学显微镜的所有优势——快速、样品无损、全真彩色。

电纺纳米纤维是近年来备受关注的一种新型纳米纤维，这归因于这些纤维的特殊性质：它们具有多孔的三维表面，高比值表面积以及可调节孔隙尺寸的互连孔隙。扫描电子显微镜（SEM）被证明为研究纤维性能是如何改变和增强的有力分析工具。

显微镜法清洁度测试与扫描式清洁度是颗粒物清洁度测试两种主要的测试方法，关于两种测试手段的争论目前还在继续，本文主要简单介绍显微镜法清洁度测试与扫描式清洁度测试对比

Phenom Pro （飞纳台式扫描电镜 专业版）是Phenom（飞纳）产品中最顶尖的型号，在继承了Phenom（飞纳）第一代（G1）产品操作方便、30秒快速成优质图像、售后无忧等优点的同时，电镜分辨率和图像质量显著提高。 采用了寿命高达1500小时的新一代CeB6灯丝和分辨率更高，功能更全的光学显微镜，提高后的光学显微镜有聚焦功能，放大倍数在20-120倍之间，具备明场和暗场两种模式。

飞纳台式扫描电镜独有的低真空技术，能够最大限度的保持样品的形貌，使得昆虫生物类样品不易变形，无需喷金可直接观察，低加速电压与CeB6灯丝结合，能够提供清晰的微观形貌。

三维X射线显微镜是当前获取样品内部三维结构最有力的工具之一，而且作为无损的非破坏成像技术，它适用于各种形态的样品，无需包埋，镀层或切片等复杂的样品前处理。布鲁克skyscan系列三维X射线纤维成像系统，包含稳定易用的高分辨率成像设备，功能强大的软件套装，可为不同领域的应用提供完善的解决方案。我们为大家带来桌面型三维X射线显微镜在药物与医疗器械领域的应用介绍。

飞纳台式扫描电镜独有的低真空技术，能够最大限度的保持样品的形貌，使得细胞类样品不易变形，低加速电压与CeB6灯丝结合，能够提供清晰的微观形貌。