德國neaspec 納米傅里葉紅外光譜儀nano-FTIR

---具有10nm空間分辨率的納米級紅外光譜儀

產(chǎn)品簡介：

neaspec公司的nano-FTIR技術(shù)

現(xiàn)代化學(xué)的一大科研難題是如何實現(xiàn)在納米尺度下對材料進(jìn)行無損化學(xué)成分鑒定?，F(xiàn)有的一些高分辨成像技術(shù)，如電鏡或掃描探針顯微鏡等，在一定程度上可以有限的解決這一問題，但是這些技術(shù)本身的化學(xué)敏感度太低，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化學(xué)納米分析的要求。而另一方面，紅外光譜具有很高的化學(xué)敏感度，但是其空間分辨率卻由于受到二分之一波長的衍射極限限制，只能達(dá)到微米級別，因此也無法進(jìn)行納米級別的化學(xué)鑒定。

近期neaspec公司利用其的散射型近場光學(xué)技術(shù)發(fā)展出來的nano-FTIR納米傅里葉紅外光譜技術(shù)，使得納米尺度化學(xué)鑒定和成像成為可能。這一技術(shù)綜合了原子力顯微鏡的高空間分辨率，和傅里葉紅外光譜的高化學(xué)敏感度，因此可以在納米尺度下實現(xiàn)對幾乎所有材料的化學(xué)分辨。因而，現(xiàn)代化學(xué)分析的納米新時代從此開始。

neaspec公司的散射型近場技術(shù)通過干涉性探測針尖掃描樣品表面時的反向散射光，同時得到近場信號的光強(qiáng)和相位信號。當(dāng)使用寬波紅外激光照射AFM針尖時，即可獲得針尖下方10nm區(qū)域內(nèi)的紅外光譜，即nano-FTIR.

nano-FTIR 光譜與標(biāo)準(zhǔn)FTIR光譜高度吻合

在不使用任何模型矯正的條件下，nano-FTIR獲得的近場吸收光譜所體現(xiàn)的分子指紋特征與使用傳統(tǒng)FTIR光譜儀獲得的分子指紋特征吻合度*（如下圖），這在基礎(chǔ)研究和實際應(yīng)用方面都具有重要意義，因為研究者可以將nano-FTIR光譜與已經(jīng)廣泛建立的傳統(tǒng)FTIR光譜數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的進(jìn)行納米尺度下的材料化學(xué)分析。對化學(xué)成分的高敏感度與超高的空間分辨率的結(jié)合，使得nano-FTIR成為納米分析的*工具。

主要技術(shù)參數(shù)配置：

。反射式 AFM-針尖照明
。標(biāo)準(zhǔn)光譜分辨率: 6.4/cm-1
。保護(hù)的無背景探測技術(shù)
。基于優(yōu)化的傅里葉變換光譜儀
。采集速率： Up to 3 spectra /s

。高性能近場光譜顯微優(yōu)化的探測模塊

?？缮壒庾V分辨率：3.2/cm-1

。適合探測區(qū)間：可見，紅外(0.5 – 20 µm)

。包括可更換分束器基座

。適用于同步輻射紅外光源 NEW!!!

■ 納米尺度污染物的化學(xué)鑒定

nano-FTIR傅里葉紅外光譜儀可以應(yīng)用到對納米尺度樣品污染物的化學(xué)鑒定上。下圖顯示的Si表面覆蓋PMMA薄膜的橫截面AFM成像圖，其中AFM相位圖顯示在Si片和PMMA薄膜的界面存在一個100nm尺寸的污染物，但是其化學(xué)成分無法從該圖像中判斷。而使用nano-FTIR在污染物中心獲得的紅外光譜清晰的揭示出了污染物的化學(xué)成分。通過對nano-FTIR獲得的吸收譜線與標(biāo)準(zhǔn)FTIR數(shù)據(jù)庫中譜線進(jìn)行比對，可以確定污染物為PDMS顆粒。

nano-FTIR對納米尺度污染物的化學(xué)鑒定

AFM表面形貌圖像 (左), 在Si片基體（暗色區(qū)域Ｂ）與PMMA薄膜（Ａ）之間可以觀察到一個小的污染物。機(jī)械相位圖像中（中），對比度變化證明該污染物的是有別于基體和薄膜的其他物質(zhì)。將點Ａ和Ｂ的nano-FTIR 吸收光譜（右），與標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜數(shù)據(jù)庫對比， 獲得各部分物質(zhì)的化學(xué)成分信息. 每條譜線的采集時間為7min, 光譜分辨率為13 cm-1. （"Nano-FTIR absorption spectroscopy of molecular fingerprints at 20 nm spatial resolution.,”,F. Huth, A. Govyadinov, S. Amarie, W. Nuansing, F. Keilmann, R. Hillenbrand,）Nanoletters 12, p. 3973 (2012)）

■ 二維材料氮化硼晶體中聲子極化激元的研究

范得瓦爾斯晶體是由層與層之間微弱的范德華力的相互作用構(gòu)成的薄層晶體，類似石墨塊中的石墨烯單原子層。這類晶體具有超導(dǎo)、鐵磁性、發(fā)光性等等特殊性質(zhì)。

S.Dai等人利用Neaspec公司的納米傅里葉紅外光譜系統(tǒng)(Nano-FTIR)研究了不同厚度的薄 層氮化硼晶體中的聲子極化激元（一種光子與光學(xué)聲子的耦合作用）。結(jié)果表明，極化波的傳播現(xiàn)象存在于氮化硼晶體表面，而且極化波的波長隨著氮化硼晶體的厚度變化而變化。分析結(jié)果還可以得到表面聲子極化激元色散特性關(guān)系。這些實驗數(shù)據(jù)可以很好的與理論模型相吻合。與石墨烯相比，氮化硼晶體的損失因子要小很多，所以氮化硼晶體中表面聲子波傳播距離相對較大。

■ 鋰電池充放電過程中的相位分布情況

I. T.Lucas等人利用Neaspec公司的納米傅里葉變換紅外光譜技術(shù)(nano-FTIR)對磷酸鐵鋰在鋰電池的充放電過程中的相位分布進(jìn)行了具體的研究。根據(jù)對不同充放電階段的正極材料紅外吸收光譜的研究，實驗結(jié)果直接證明，充放電的中間過程部分脫鋰的正極材料同時存在磷酸鐵鋰與磷酸鐵兩種相位。通過建立三維層析成像的模型建立與分析，由磷酸鐵組成的外殼包圍由磷酸鐵鋰組成的核心的“外殼-核心結(jié)構(gòu)”模型解釋該實驗所得結(jié)果。分析表明在脫鋰的過程中，核心部分的磷酸鐵鋰慢慢的變小直至最終消失。