[科普中国]-扫描电化学显微镜

扫描电化学显微镜(Scanning Electrochemical Microscopy, SECM)是显微镜的一种。基于电化学原理工作，可测量微区内物质氧化或还原所给出的电化学电流。利用驱动非常小的电极（探针）在靠近样品处进行扫描，样品可以是导体、绝缘体或半导体，从而获得对应的微区电化学和相关信息，目前可达到的最高分辨率约为几十纳米。

简介扫描电化学显微镜（缩写SECM）基于电化学原理工作，可测量微区内物质氧化或还原所给出的电化学电流。

利用驱动非常小的电极（探针）在靠近样品处进行扫描，样品可以是导体、绝缘体或半导体，从而获得对应的微区电化学和相关信息，目前可达到的最高分辨率约为几十纳米。

工作原理SECM的一般工作原理是:当探针(常为超微圆盘电极，UMDE)与基底同时浸入含有电活性物质 O的溶液中,在探针上施加电位(ET)使发生还原反应。当探针靠近导电基底时,其电位控制在氧化电位，则基底产物可扩散回探针表面使探针电流增大；探针离样品的距离越近，电流就越大。这个过程则被称为“正反馈”。当探针靠近绝缘基底表面时，本体溶液中O组分向探针的扩散受到基底的阻碍，故探针电流减小；且越接近样品，iT越小。这个过程常被称作“负反馈”。

通常SECM工作时采用电流法。固定探针与基底间距对基底进行二维扫描时，探针上电流变化将提供基底的形貌和相应的电化学信息。SECM也可工作于“恒电流”状态，即恒定探针电流，检测探针z向位置变化以实现成像过程。SECM的分辨率主要取决于探针的尺寸和形状及探针与基底间距(d)能够做出小而平的超微盘电极是提高分辨率的关键所在，且足够小的d与a能够较快获得探针稳态电流，同时要求绝缘层要薄，减小探针周围的归一化屏蔽层尺寸RG(RG=r/a，r为探针尖端半径)值，以获得更大的探针电流响应，尽可能保持探针端面与基底的平行，以正确反映基底形貌信息。

通常SECM工作时采用电流法，SECM也可工作于“恒电流”状态，即恒定探针电流，检测探针z向位置变化以实现成像过程。也可采用离子选择性电极进行电位法实验。1

服务范围可用于研究导体和绝缘体基底表面的几何形貌；固/液、液/液界面的氧化还原活性；分辨不均匀电极表面的电化学活性；研究微区电化学动力学、研究生物过程及对材料进行微加工。2

应用领域（1）SECM最初被用于电极与电解质间界面的研究。如：探测表面形貌图，对材料进行微加工，进行电化学动力学研究。而最后一项又包括探测电极的反应活性，异相电子转移动力学，半导体的氧化还原过程，聚合物修饰电极形成过程的研究等。

（2）SECM用于电化学腐蚀现象的研究。

（3）SECM用于绝缘体的吸附/脱附现象和溶解过程的研究。

（4）随着SECM研究的深入，它所研究的界面和过程的种类也大大增加，如 液/液界面，液/气界面，液/固界面以及重要的生物过程。1

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学