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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)的反向散射光，同時(shí)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(shí)，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(shí)際應(yīng)用方面都具有重要意義，因?yàn)檠芯空呖梢詫ano-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(shí)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(gè)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(gè)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(diǎn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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。
