原子力-拉曼光譜聯(lián)用系統(tǒng)是一種先進(jìn)的顯微分析技術(shù)，通過結(jié)合原子力顯微鏡（AFM）的高空間分辨率和拉曼光譜的化學(xué)識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)了材料表面形貌與化學(xué)成分的同步表征。該系統(tǒng)在納米科學(xué)、材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景，而系統(tǒng)性能的提升高度依賴于關(guān)鍵元件與器件的研發(fā)。
核心元件與器件主要包括以下幾個(gè)方面：
- 探針模塊：原子力顯微鏡的探針是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其針尖尺寸和形狀直接影響空間分辨率。研究人員開發(fā)了鍍金或鍍銀的探針，以增強(qiáng)拉曼信號(hào)的表面增強(qiáng)效應(yīng)（SERS），同時(shí)保持AFM的力學(xué)敏感性。新型碳納米管探針和硅探針的引入，進(jìn)一步提高了耐久性和信號(hào)穩(wěn)定性。
- 光學(xué)系統(tǒng)：拉曼光譜部分依賴于高效的光學(xué)器件，如激光源、光譜儀和探測器。窄線寬激光器的使用減少了光譜干擾，而高靈敏度的CCD或EMCCD探測器提升了信號(hào)采集效率。共聚焦光學(xué)設(shè)計(jì)的優(yōu)化確保了拉曼信號(hào)與AFM探針位置的精確對應(yīng)。
- 掃描與控制系統(tǒng)：集成化的掃描平臺(tái)和控制電子器件是聯(lián)用系統(tǒng)的中樞。壓電陶瓷掃描器的精度達(dá)到亞納米級，配合反饋算法，實(shí)現(xiàn)了AFM與拉曼測量的同步控制。軟件算法的開發(fā)，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)融合和圖像處理，增強(qiáng)了系統(tǒng)的用戶友好性和分析能力。
- 環(huán)境控制器件：為適應(yīng)多樣化的應(yīng)用場景，系統(tǒng)還集成了環(huán)境控制模塊，例如溫控單元和氣氛腔室，確保在惰性氣體或真空條件下進(jìn)行穩(wěn)定測量，避免樣品污染或降解。
研發(fā)進(jìn)展中，新材料和微納加工技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了元件的小型化和多功能化。例如，基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的探針陣列允許并行測量，大幅提高效率。人工智能算法的引入優(yōu)化了數(shù)據(jù)解析，減少了人為誤差。原子力-拉曼光譜聯(lián)用系統(tǒng)的研發(fā)將聚焦于提高集成度、降低成本以及拓展在活細(xì)胞成像和能源材料等前沿領(lǐng)域的應(yīng)用。元件與器件的持續(xù)創(chuàng)新是推動(dòng)該系統(tǒng)性能突破的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，為科學(xué)研究和工業(yè)檢測提供了強(qiáng)有力的工具。
