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2020-2021电子显微新品一览 功能更强大操控更简单

2021-9-03 09:55

  近年来,高端制造成为中国重点的发展方向之一。例如半导体的芯片制造、生物医药、新能源电池等领域不断涌入人们的生活,各个企业也在不断的加大研发的投入从而以创新型产品投入空白市场以获得更好的发展。上述领域逐渐倾向于微小化和精细化发展,产品品控的重要性逐渐显现。显微技术作为微观分析的重要手段,已经成为产品质量检验中不可或缺的技术。同时作为科学研究中重要的的分析方法,显微分析已经成为材料学、生命科学等研究的重要组成部分。随着人们的需求不断提高,显微技术也逐渐提升。为帮助使用者更好的了解显微产品现状,本文汇总2020-2021年电镜、原子力显微镜以及X射线显微镜三大类新品和各主要企业的主打产品,希望对电子显微和原子力显微分析界的同仁们有帮助。

显微学发展史

  17世纪60年代,荷兰科学家列文·虎克研制了第一台可放大300倍的光学显微镜,使人类首次看到了细胞内的微观结构,为后来的生物学和医学的发展起到了重要的作用。随着科学技术的发展,采用紫光做照明源的光学显微镜,其分辨率可以达到200 nm。然而可见光的波长较长,通过其他手段改进分辨率的效果很有限,因此科学家采用电子束来代替可见光作为照明源,使显微镜的分辨能力大幅提高。

  1932年,柏林工业大学的Max Knoll和Ernst Ruska二人研制了世界上第一台透射电镜(TEM),其加速电压为70 kV。扫描电镜(SEM)的出现远远晚于TEM,直到1952年,英国科学家Charles Oatley在剑桥大学研制出了世界上第一台SEM。

  1965年,Cambridge Scientific Instrument Company研制出了全球第一台商品SEM;1978年,Hitachi研制出全球第一台场发射电子枪扫描电镜(FE-SEM);1985年,Micrion公司交付了第一台聚焦离子束(FIB)系统;1987年,Electron Scan研制出样品仓气压为2700 Pa的ESEM。

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  随着冷冻电镜技术的不断成熟,人们对物理极限的追求并没有停止。2013年,加州大学旧金山分校(UCSF))程亦凡和David Julius 的研究组用冷冻电镜首次得到膜蛋白TRPV1 的3.4 埃接近原子级别高分辨率三维结构,这一结果被视为具有里程碑意义。

近年电镜市场分析

  电子显微镜的诞生,使人类的微观视野达到了原子精度的水平。到21世纪,电子显微镜已广泛应用到生物学、医学、材料科学、地质勘探、灾害鉴定以及工业生产等领域,拥有较大的市场规模。

  由于高倍率电子显微镜在生物学、材料科学、纳米技术和半导体工业中具有重要的应用。不断增长的研发活动以及较易获得国家、政府科研资金等,将推动生命科学和材料学等领域利用扫描电子显微镜进行科学研究需求增加,从而推动电子显微镜的增长。

  根据日本电子预测,未来全球电子显微镜将保持5.85%的复合增速保持快速增长,到2026年全球电子显微行业市场规模将超过38亿美元。

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  2016年全球电子显微镜行业市场规模为23.61亿美元,至2019年涨至26.82亿美元。2020年受全球安全卫生事件影响,全球电子显微镜行业规模保持了持续增长趋势,但增速有所放缓,约为27.84亿美元,较2019年增长3.1%。

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  从电子显微镜细分产品规模来看,当前电子显微镜的需求主要以扫描电子显微镜为主,占比电镜市场规模的74%左右,2020年约为20.5亿美元;而透射电镜则由于技术水平和价格高、操作难度大,分辨率可达原子级别,主要对样品晶体结构进行分析等,应用市场还尚未完全打开和释放,故总体规模还较小,2020年约为7.14亿美元,占全球电镜的26%左右。

原子力显微镜市场分析

  原子力显微镜作为可以获得样品表面作用力和纳米级表面三维形貌分辨率的工具,在材料学、生命科学中得到广泛应用。

  据统计,2019年全球原子力显微镜规模预计为22亿美元,2026年将达到27亿美元,年复合增长率为2.8%。其中,布鲁克、NT-MDT、是德科技、帕克等全球前五大厂商共占有大约80%的市场份额。亚太是全球最大的原子力显微镜市场,占有大约35%的市场份额,北美市场占有大约30%的份额。

新品一览

  电镜和原子力显微镜是一种用于高分辨率微区形貌分析的大型精密仪器,其具有景深大、分辨率高, 成像直观、立体感强、放大倍数范围宽以及待测样品可在三维空间内进行旋转和倾斜等特点。因为较高的技术壁垒,我国目前能研制、生产上述产品的企业不多,其主要有中科科仪、聚束科技、国仪量子、泽攸科技和善时仪器等。在进口品牌方面,市场上主要以赛默飞、日立高新、日本电子、蔡司、泰思肯、库赛姆为主,这些厂商占据市场主流。

  各大厂商以各自独特的技术使主打产品经受住了研究者的使用考验,新产品的面世更是代表了技术和用户需求发展的趋势。

  本文对近两年电镜、原子力显微镜以及X射线显微镜新品及各大厂商主打进行汇总,希望对有购买意向用户提供参考。

  新品仪器

厂商产品型号特点类型发布日期
赛默飞Axia ChemiSEM成像平台即时可用,且集成独特的实时定量能谱面分析功能。SEM2020年11月
国仪量子SEM3100性能优良的钨灯丝扫描电子显微镜。SEM2021年11月
赛默飞Tundra Cryo具有行业领先的易用性。TEM2020年11月
赛默飞Spectra Ultra具有目前在商业化(S)TEM中具有最大的检测器面积。(S)TEM2021年3月
国仪量子QDAFM全球首台基于NV色心和AFM的扫描磁成像仪器。AFM2019年9月
岛津SPM-Nanoa分析样品高效稳定。AFM2021年5月
日立高新AFM100目标在悬浮时可移置液体即可检测。AFM2021年6月
帕克FX40高程度自动化。AFM2021年6月

   欧波同代理:赛默飞 Axia ChemiSEM一体化扫描电镜(发布日期:2020年11月)

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  赛默飞Axia ChemiSEM 扫描电镜其成像平台即时可用,且集成独特的实时定量能谱面分析功能,专为快速分析而设计。

  Axia ChemiSEM 引入全新的能谱分析概念,采用独特方法进行样品成分信息的采集、处理和展示。相比传统电镜,图像更加锐利,图像噪音更少。依托先进镜筒技术,Axia ChemiSEM保持系统始终处于最佳状态,可聚焦样品采集数据,随时提供高质量图像。

  Axia ChemiSEM 采用全开门式设计,系统耐用性和灵活性更高,可以加载大而重(重达10 kg)的样品,从而节省样品制备时间。低真空模式下压力可达150 Pa,能够分析最广泛类型的样品。

  国仪量子SEM3100扫描电子显微镜(发布日期:2021年11月)

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  2021年11月,国仪量子推出了SEM3100扫描电子显微镜。SEM3100是一款性能优良的钨灯丝扫描电子显微镜,其具有稳定的成像效果,模块化的结构设计易于维护及保养,多种探测器可供选配,可满足不同场景的应用需求。

  SEM3100目前主要面向工业领域,可广泛应用于材料研究、芯片制造、航空航天、汽车制造等领域的质量检测、失效分析和研发测试,针对工业应用场景持续优化用户体验。

  可快速更换灯丝,使用维护非常便捷。标配超大尺寸样品仓,最大可支持样品直径370 mm,高度68 mm,放大倍数最高至300,000倍,最高分辨率可达3 nm,比肩进口品牌。

  产品具有模块化的结构设计,易于维护及保养,同时还拥有大腔体设计、简洁高效的纯中文操作界面、稳定的成像效果、超高的分辨率、符合人体工程学设计的旋钮控制板等特点,另外还提供多种探测器选配方案,可满足不同的应用需求。

  欧波同代理:赛默飞 Tundra Cryo-TEM新型冷冻投射电镜(发布时间:2020年11月)

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  赛默飞Tundra系列丰富了赛默飞冷冻电子显微镜产品系列,是所有经验水平的用户都可以使用的一款普及型仪器。

  Tundra人工智能和引导自动化,可帮助使用者快速鉴定样品质量,并轻松完成原本复杂的工作流程。集成智能加样器可帮助使用者快速鉴定样品质量,并轻松完成原本复杂的工作流程。使用过程中,结果以“红绿灯”的方式显示,便于使用者快速确定样品是否可用。人工智能和引导自动化,每个数据集的收集时间为24-72小时。设计紧凑,占地面积小,可放在目前大多数标准尺寸的实验室中,无需进行实验室的改造。

  欧波同代理:赛默飞 Spectra Ultra(扫描)透射电镜 (发布时间:2021年3月)

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  赛默飞Spectra Ultra配备了全新的能量色散X射线(EDX)分析系统Ultra-X,它具有目前在商业化(S)TEM中具有最大的检测器面积。结合全新的物镜设计,Ultra-X的X射线收集速度是目前市售解决方案的两倍,从而能够更好地分析对电子束更敏感的材料和样品。

  易于使用的Spectra Ultra使半导体研究人员能够更快、更可靠地分析器件和结构。Spectra Ultra拥有目前功能最强大的商业化EDX系统,并可以即时切换加速电压,能够极大促进先进技术节点上新的存储器和逻辑设备的开发。

  恒定功率的透镜与电子光学设计使用户能够将仪器快速调整至适合其工作的最佳加速电压。

  单电子探测能力极大提高了成像灵敏度,从而可以对软材料进行高分辨率表征。可选的超高亮度X-CFEG(冷场)电子枪,与Spectra Ultra结合使用时,可提供行业领先的成像衬度和分析性能。

  国仪量子 量子钻石原子力显微镜(发布时间:2019年9月)

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  量子钻石原子力显微镜(QDAFM)是全球首台基于NV色心和AFM的扫描磁成像仪器。通过对钻石中氮—空位(NV)中心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出,可实现磁学性质的定量无损成像,具有纳米级的高空间分辨以及单个自旋的超高探测灵敏度。

  通过对钻石中氮—空位(NV)色心发光缺陷的自旋进行量子操控与读出,可实现磁学性质的定量无损成像。将AFM探针更换为含有NV色心的金刚石探针,同时获得待测区域的形貌和磁场分布图。

  岛津SPM-Nanoa(发布时间:2021年5月)

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  岛津SPM-Nanoa采用了全面优化的高信噪比检测系统,在图像分辨率上有了显著的提高。

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  同时,将传统原子力显微镜操作中最复杂最依赖个人经验的激光光路调整,扫描参数设定,图像处理等步骤都改为系统自动完成,极大提高了工作效率,同时也提高了数据的重复性。

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  辅以高速扫描器和最新的“3D Nano Mapping Fast”力学分析软件,将图像扫描速度提高了5-10倍,将机械性能面扫描速度提高了7倍以上。

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  日立高新 AFM100系列原子力显微镜(发布时间:2021年6月)

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  日立高新 AFM100系列原子力显微镜在提高操作便利性基础上,实现了更低噪音,更高分辨率和更低的漂移量,可用于科学研究开发以及质量管理。

  任何人使用该系列都能轻松且稳定地获取可靠数据,从而完成从科学研究用途到质量管理中的日常作业。特别是AFM100Plus,其用途广泛,可用于3D形貌观察、粗糙度分析、物性评估等领域。并可配置AFM Marking功能,实现与电子显微镜同一位置观察。

  Park FX40原子力显微镜(发布时间:2021年6月)

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  Park全新全自动原子力显微镜Park FX40可通过多样化的应用程序,帮助用户获得高清且高分辨率的扫描图像。

  Park FX40只需鼠标一键操作,便可实现自动换针,从而避免探针被污染或操作不当导致的探针损坏问题。自动识别扫码功能可提取并显示每个可用探针的应用类型以及使用信息等全部相关信息。自动激光校准功能使得用户只需简单点击,移动X,Y和Z轴便可得到一幅毫不失真的高清扫描图。

  新品共性及趋势分析

  随着智能化时代的到来,近年来新发产品的“聪明”程度越来越高。同时,样品测量由有损逐检测转向无损检测。仪器灵敏度进一步提升,无论是扫描电镜、透射电镜还是X射线显微镜,其分辨能力再一次突破极限,人们能更加清晰的观看显微世界的样貌。此外,随着更智能的软件逐渐装配的电脑中,产品的易用性有了大幅提升,应用逐渐倾向于多功能化。模块化的设计便于用户自行维护、保养。

主打产品一览

  显微仪器作为高技术壁垒代表作之一,其更新速度远低于其他产品。为此,小编汇总了当前各大厂商的主打产品,便于读者购买满足检测需求的仪器设备,不用为超出需求的部分多花冤枉钱。

厂商产品型号特点类型
量子科学(代理Delong)LVEM5其低廉的价格、便捷的操作,将TEM,SEM,STEM的功能集成一体,为研究者提供快速、高质量的图片。TEM、SEM、STEM、ED
赛默飞Apreo 2高分辨率、高效成像、适用材料种类多。SEM
聚束科技Navigator-100全自动换样、高通量成像。SEM
善时SS-150最高放大倍数15万倍,1~30kV加速电压可调,适用于各种不同类型样品,操作简单。SEM
安东帕Tosca入门级预算获得顶级配置。AFM
蔡司Xradia CrystalCT大样品体区域的无缝数据采集。CT
泰思肯DynaTOM首款专为真实时快速动态原位成像而设计的系统。CT

  欧波同代理:赛默飞 Apreo 2超高分辨场发射扫描电镜

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  赛默飞Apreo 2 SEM 凭借 Thermo Scientific ColorSEM 技术,可以通过最直观的界面随时获得组分信息。ColorSEM 技术消除了与典型 EDS 实施相关的所有麻烦,为使用者提供前所未有的结果时间和易用性。

  凭借 Thermo Scientific SmartAlign 技术、Thermo Scientific FLASH 技术,Apreo 2 SEM 是唯一一款在 10 mm 分析工作距离具备 1 nm分辨率的扫描电镜。长工作距离不再意味着成像效果差。使用 Apreo 2 SEM、任何人都能安心地获得出色的结果。

  聚束科技 高通量(场发射)扫描电子显微镜Navigator-100

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  通过对成像技术、运动平台、电路控制及智能算法的系统化创新设计,聚束科技独立研发并拥有自主知识产权的Navigator-100高通量(场发射)扫描电子显微镜。

  Navigator-10高通量电镜检测技术应用在生命科学、材料研究、半导体工业、地质资源等领域。尤其在神经生物学3D重构、材料大面积表面分析、半导体反向工程、纳米技术分析等应用领域有显著优势,成像速度可达到传统电镜的数十倍以上。

  Navigator-10全部采用直接电子探测器的技术方案,成功克服了传统SEM技术在速度、精度和样品损伤等方面的局限性,颠覆性地将扫描电镜从传统意义上的纳米“照相机”提升为纳米“摄像机”。

  善时SS-150系列扫描电镜

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  经过2年的艰苦努力,善时推出了全新升级产品——善时SS-150。善时SS-150着眼于经济适用,更适合于在国内中高客户群体内做普及性推广。该产品主要应用于材料表面观察形貌分析,最高放大倍数15万倍,1~30kV加速电压可调,适用于各种不同类型样品,操作简单。

  量子科学Delong 低电压台式透射电子显微镜-LVEM5

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  LVEM5是一种独特设计的台式低压电子显微镜,它足够小,可以放置在任何需要纳米级成像的地方。这是一款出色的成像工具,配备了TEM、SEM和STEM模式,设计用于生成详细而有意义的图像结果,其在生物和软材料样品成像的对比度无与伦比。LVEM5对任何实验室工作、科研或纳米材料研究都是一个巨大的利好。

  LVEM5易于学习、操作和维护,而且价格只是传统透射电子显微镜成本的一小部分。它是一个多功能的和功能强大的仪器,适合于任何教室或研究实验室。

  安东帕 Tosca系列原子力显微镜

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  安东帕推出的Tosca系列是纳米技术材料科学领域的研究人员和制造者的首选,仅需要入门级的预算就可以获得顶级配置。

  专利智能设计涉及 AFM 测量程序的每个步骤,创建了独特、完全简化的 测试流程,测量速度比传统原子力显微镜快 10 倍。

  操作简单,可在几秒内快速安全装载的悬臂梁,并进行自动激光对准,拥有最直观的样品导航和最安全的进针程序,让使用者有更多时间专注于研究成果。

  蔡司X射线显微镜Xradia CrystalCT

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  蔡司X射线显微镜 Xradia CrystalCT是搭建在微米CT上的商业化实验室衍射衬度断层成像(DCT)系统,为工业和科研实验室实现各种金属和合金、增材制造、陶瓷和药物样品等多晶材料的三维晶体学成像提供解决方案。该技术能同时获得样品的三维晶体学信息和基于吸收衬度的高分辨率三维成像数据。通过最新的高级数据采集模式,Xradia CrystalCT可实现大样品体区域的无缝数据采集,提高了采集速度和减少了样品准备时间。与传统的破坏性三维晶体学成像方法相比,大体积的无损晶粒成像大幅提高了实验数据体的代表性。同时,

  泰思肯DynaTOM 高时间分辨率四维 X 射线成像系统

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  在时间分辨领域,Micro-CT成像技术一直在发展,经历了静态、延时成像、“4D”成像等。这些技术试图对样品在一段时间内的变化进行成像,时间范围可以是数秒、数分钟、数小时甚至数天或数周,一个从间断的到连续的过程。通常“延时成像”可以看作是定格动画,图像有间断,是不连续的,而实时“动态成像”是平滑的运动图像。“动态”CT是时间分辨X射线成像最高级别的应用,要求能够追踪样品的变化,并需要不断对其进行成像。DynaTOM 是独一无二的首款专为真实时快速动态原位成像而设计的系统。

  通过复杂的3D原位实验验证仿真模拟结果-水平旋转的射线源和探测器允许使用复杂的原位设备,而不会出现旋转过程中电缆管理问题;并且X射线源和探测器的连续旋转可实现不间断的数据收集,达到<10秒的时间分辨率,实现真实时4D原位动态技术;通过独特的时间重建技术使用户能够充分利用动态CT可实现的不间断数据,了解正在发生的实验过程。可应用领域:结构合金和复合材料的连续拉伸和压缩研究、多孔介质中的多相流体流动、工程材料和地质样品等中的裂纹扩展和断裂力学、多孔材料的水化研究、从地球科学到消费品、岩土材料和建筑材料中晶体生长与矿化、食品应用科学中的冷冻、融化和加热循环。

  主要优势:

  样品固定不动,X 射线源和探测器旋转设计;

  分辨率最小 3 µm (JIMA 分辨率模式);

  完整的层析图像,以秒为单位;

  第一个专门用于原位应用的商业系统;

  将同步加速器的速度带到实验室;

  在 DynaTOM 中,X 射线源和检测器围绕固定的样品在水平面上旋转。

  这种样品固定的设计尤为适合集成其他设备,例如加压设备,他们需要外接的高压管路和探测器。完整的断层扫描只需要大约几秒钟,再加上连续采集功能,可以不间断地监控动态过程。

总结

  随着国家对科研及教育投资比重日益提高,许多科研院校有能力更新或新添加大型实验设备。虽然我国显微分析仪器起步较晚,与发达国家有显著的差距,便随着我国科学仪器的重视成都不断提高、创新成果不断涌现,高端显微类仪器有望实现质的突破。

  随着智能化时代的到来,新发产品逐渐朝着智能化、高分辨、高通量、多功能化、模块化、有损逐转向无损检测等方向发展




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