hpAFM（即高性能原子力显微镜）是由NanoMagnetics Instruments Ltd.研发并制造的一款先进显微系统，专用于纳米级表面形貌成像及多种物理特性的定量测量。该系统集成了柔性扫描器、低噪声电子控制模块和高效的隔振设计，可稳定运行于材料科学、生命科学等众多科研场景，满足不同领域对高精度显微表征的需求。
所属品牌： NanoMagnetics Instruments（NMI）
负责人：孙泽明
联系电话：13692216712 电子邮箱：zmsun@welloptics.cn
最佳XY分辨率< 0.02 nm，NANOMAGNETICS hpAFM高性能原子力显微镜
hpAFM（即高性能原子力显微镜）是由NanoMagnetics Instruments Ltd.研发并制造的一款先进显微系统，专用于纳米级表面形貌成像及多种物理特性的定量测量。该系统集成了柔性扫描器、低噪声电子控制模块和高效的隔振设计，可稳定运行于材料科学、生命科学等众多科研场景，满足不同领域对高精度显微表征的需求。
光学显微镜参数：
集成光学显微镜为 AFM 提供了便捷的光学导航能力，帮助用户快速定位目标区域并观察探针状态。hpAFM 的光学系统采用高分辨率 CMOS 相机与可变倍率物镜组合，支持软件控制的变焦与照明调节。
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参数项 |
规格 |
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摄像头 |
8–10 MP CMOS 彩色相机 |
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物镜 |
5× / 10× / 20× |
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光学变焦 |
1×–7× 软件可调 |
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光学分辨率 |
< 0.7 μm |
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照明 |
白色LED，软件可调亮度 |
结合光学变焦与高分辨率物镜，用户可在低倍下获得全景视图，在高倍下精确定位探针与样品的相对位置，大幅提升操作效率。
图：光学调节
Atomic Force Microscope的XY扫描范围5/10/40/100μm可选，Z扫描范围2/4/6/8/12/15μm（可选），XY分辨率< 0.08nm（100μm 扫描器）/ < 0.02nm（10μm 扫描器），最大样品负载500g。支持多种扫描模式，包括接触、轻敲和相位成像。
图：hpAFM高性能原子力显微镜
扫描器参数：
扫描器是 AFM 的核心执行部件，决定了系统的成像范围与分辨率。hpAFM 采用柔性铰链结构的压电陶瓷扫描器，配合光学传感器闭环控制，可实现高线性度、低滞后的精确扫描。用户可根据应用需求选择不同量程的扫描器模块。
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参数项 |
规格 |
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XY 扫描范围 |
5 / 10 / 40 / 100 μm（可选） |
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Z 扫描范围 |
2 / 4 / 6 / 8 / 12 / 15 μm（可选） |
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XY 共振频率 |
730 Hz @ 500g 负载 |
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Z 共振频率 |
13.5 kHz |
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XY 分辨率 |
< 0.08 nm（100 μm 扫描器）/ < 0.02 nm（10 μm 扫描器） |
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最大样品负载 |
500 g |
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扫描闭环线性化 |
光学传感器闭环控制 |
高共振频率确保了较快的扫描速度，亚纳米级的 XY 分辨率使 hpAFM 能够清晰分辨原子台阶、纳米颗粒及生物分子等精细结构。
运动平台参数：
运动平台负责粗调样品与探针之间的相对位置，是实现自动化操作和大面积扫描的基础。hpAFM 配备高精度步进电机驱动的三维移动台，支持手动或软件控制的精确定位。
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参数项 |
规格 |
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Z 电机行程 |
50 mm |
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Z 电机分辨率 |
250 nm |
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XY 电机行程 |
76 mm（标准）/ 可扩展至 150×150 mm 或 300×300 mm |
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XY 电机分辨率 |
50 nm |
大行程的 XY 平台允许用户在无需频繁更换样品的情况下进行多点测量，高分辨率 Z 电机则保证了探针接近过程的平稳性。
图：运动平台介绍
激光检测系统：
激光检测系统是 AFM 信号检测的关键环节，其灵敏度直接决定了系统的噪声底限和成像质量。hpAFM 采用四象限光电探测器（QPD）与低噪声激光二极管，配合高速前置放大器，实现对悬臂梁偏转的精确测量。
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参数项 |
规格 |
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激光波长 |
635 nm / 650 nm |
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噪声底限 |
< 25 fm/√Hz（典型值）/ < 30 fm/√Hz（最大值） |
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QPD 前置放大器带宽 |
1 MHz（可扩展至 4 MHz 或 10 MHz） |
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磁分辨率 |
< 14 nm（配合超尖悬臂梁） |
hpAFM原子力显微镜极低的噪声底限使得 hpAFM 在轻敲模式和非接触模式下均能获得清晰的图像，尤其适合对软质生物样品或弱相互作用体系的测量。
图：hpAFM原子力显微镜典型噪声热谱图
图：四象限光电探测器（QPD）与低噪声激光二极管，配合高速前置放大器
电子控制系统：
电子控制系统是 hpAFM 高分辨率原子力显微镜的大脑，负责扫描波形生成、反馈控制、信号采集与数据处理。系统采用 FPGA 实现的数字反馈回路，具有高灵活性、低延迟和优异的抗噪性能。
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参数项 |
规格 |
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扫描 DAC |
24 bit |
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Z DAC 分辨率 |
24 bit |
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ADC |
24 bit，200 kHz，16通道 |
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偏压输出 |
±10 V，16 bit |
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噪声比 |
0.030 nm RMS |
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数字 PLL 分辨率 |
5 mHz |
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反馈方式 |
FPGA 数字反馈 |
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最大像素 |
8,192 × 8,192 |
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同步采集通道 |
16通道 |
NanoMagnetics 24 位的 DAC 和 ADC 保证了信号的动态范围和精度，16 通道同步采集能力则支持多物理量（如形貌、相位、振幅、电流、电势等）的同时记录与分析。
图：隔离箱、振动隔离台、电子控制器与高分辨率原子力显微镜hpAFM
工作模式：
多功能原子力显微镜hpAFM支持丰富的成像与测量模式，覆盖从基础形貌表征到复杂物理性质分析的广泛应用场景。
-标准模式：
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模式 |
说明 |
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接触模式 |
Contact Mode AFM |
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动态模式 |
Dynamic Mode AFM |
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非接触模式 |
Non-contact AFM |
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相位成像 |
Phase Imaging |
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横向力显微镜 |
Lateral Force Microscope (LFM) |
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力曲线与光谱 |
Force-Distance Curves & Spectroscopy |
-可加选模式：
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模式 |
说明 |
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磁力显微镜 |
Magnetic Force Microscope (MFM) |
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静电力显微镜 |
Electrostatic Force Microscope (EFM) |
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导电原子力显微镜 |
Conductive AFM (CAFM) |
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扫描开尔文探针显微镜 |
Scanning Kelvin Probe Microscopy (KPFM) |
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压电力响应显微镜 |
Piezo Response Force Microscopy (PRFM) |
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扫描电容显微镜 |
Scanning Capacitance Microscopy (SCM) |
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电化学原子力显微镜 |
Electrochemical AFM (EC-AFM) |
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力调制显微镜 |
Force Modulation Microscopy (FMM) |
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纳米力学成像 |
NanoMechanical Imaging (NMI) |
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纳米压痕与划痕测试 |
Nanoindentation & Scratch Testing |
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纳米光刻 |
Nanolithography |
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闭式液体池 |
Closed Liquid Cell AFM |
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扫描隧道显微镜 |
Scanning Tunneling Microscopy (STM) |
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扩散电阻成像 |
Spreading Resistance AFM (SSRM) |
磁场附件：
多功能原子力显微镜对于磁性材料研究，多功能原子力显微镜hpAFM可配备不同类型的磁场发生装置，实现外加磁场下的原位 MFM 测量。
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类型 |
参数 |
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线圈式磁场发生器 |
±400 Gauss |
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永磁体式磁场发生器 |
±7,000 Gauss |
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矢量磁场发生器 |
支持多方向磁场施加 |
图：MFM测量
环境控制选项：
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功能 |
说明 |
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湿度控制 |
配备封闭液/湿度池，支持氮气吹扫与蒸汽输入 |
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温度控制 |
可选加热/冷却模块，范围 -30°C 至 +350°C |
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气体控制 |
可选气体控制隔离箱 |
软件功能：
-3D 成像与实时显示
-图像处理、分析与记录
-同步数据采集（最多16通道）
-自动悬臂梁频率确定
-多用户许可
-终身免费软件升级
总结：
hpAFM高性能原子力显微镜，专为纳米尺度表面形貌表征与多种物理性质测量而开发。该系统集成了先进的多级柔性扫描器、低噪声电子控制单元以及完备的隔振与环境控制方案，能够在空气、液体及受控气氛环境下对导体、半导体及绝缘体样品进行高分辨率成像。hpAFM 不仅支持标准的接触模式和动态模式，还可通过选配模块实现磁力、电力、压电、电化学等多种拓展功能，广泛应用于材料科学、凝聚态物理、生命科学及半导体工业等领域。
在纳米科学与材料表征领域，原子力显微镜作为一种核心工具，其性能直接决定了研究的深度与广度。
