CHI900D/920D掃描電化學(xué)顯微鏡發(fā)明于1989年并獲得美國(guó)專屬。CHInstruments與University of Taxes at Austin的化學(xué)系的AllenJ.Bard教授合作實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)掃描顯微鏡的儀器商品化，從而使得這一強(qiáng)有力的研究方法走進(jìn)了更多的實(shí)驗(yàn)室。
掃描電化學(xué)顯微鏡與掃描隧道顯微鏡(STM)的工作原理類似。但SECM測(cè)量的不是隧道電流，而是由化學(xué)物質(zhì)氧化或還原給出的電化學(xué)電流。盡管SECM的分辨率較STM低，但SECM的樣品可以是導(dǎo)體，絕緣體或半導(dǎo)體，而STM只限于導(dǎo)體表面的測(cè)量。SECM除了能給出樣品表面的地形地貌外，還能提供豐富的化學(xué)信息。其可觀察表面的范圍也大得多。
在SECM的實(shí)驗(yàn)中，探頭先移動(dòng)到非常靠近樣品表面，然后在X-Y的平面上掃描。探頭是雙恒電位儀的di一個(gè)工作電極。如果樣品也是導(dǎo)體，則通常作為第二個(gè)工作電極。探頭的電位控制在由傳質(zhì)過(guò)程控制的氧化或還原的電位。而樣品的電位被控制在其逆反應(yīng)的電位。由于探頭很靠近樣品，探頭上的反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到樣品表面又被反應(yīng)成為原始反應(yīng)物并回到探頭表面再作用，從而造成電流的增加。這被稱為＂正反饋＂方式。正反饋的程度取決于探頭和樣品間的距離。如果樣品是絕緣體，當(dāng)探頭靠近樣品時(shí)，反應(yīng)物到電極表面的擴(kuò)散流量受到樣品的阻礙而造成電流的減少。這被稱為＂負(fù)反饋＂方式。負(fù)反饋的程度亦取決于探頭和樣品間的距離。探頭電流和探頭與導(dǎo)體或絕緣體樣品間的距離的關(guān)系可通過(guò)現(xiàn)有理論計(jì)算得到。
基于以上特性，SECM已在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了許多應(yīng)用。SECM能被用于觀察樣品表面的化學(xué)或生物活性分布，亞單分子層吸附的均勻性，測(cè)量快速異相電荷傳遞的速度，一級(jí)或二級(jí)隨后反應(yīng)的速度，酶-中間體催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)，膜中離子擴(kuò)散，溶液/膜界面以及液/液界面的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。SECM還被用于單分子的檢測(cè)，酶和脫氧核糖核酸的成像，光合作用的研究，腐蝕研究，化學(xué)修飾電極膜厚的測(cè)量，納米級(jí)刻蝕，沉積和加工，等等。SECM的許多應(yīng)用或是其他方法無(wú)法取代的，或是用其他方法很難實(shí)現(xiàn)的。
技術(shù)參數(shù)：
硬件參數(shù)指標(biāo)
高分辨的三維定位裝置：
X，Y，Z分辨率：8nm(CHI900D)
1.6nm(CHI920D)
X，Y，Z移動(dòng)距離：50mm
雙恒電位儀/恒電流儀:
電位范圍：±10V
槽壓:±13V
電流范圍:±250 mA 連續(xù)（兩個(gè)通道電流之和）, ±350 mA峰值
參比電極輸入阻抗:1x1012歐姆
三電極或四電極
靈敏度:1x10-12-0.1A/V共12檔量程
電流測(cè)量分辨率:電流量程的0.0015%，低 0.3 fA
外部信號(hào)記錄通道
高數(shù)據(jù)采集速率:1MHz
模數(shù)轉(zhuǎn)換器分辨率:16位
CV和LSV掃描速度:0.000001V/s-10,000V/s
電位掃描時(shí)電位增量：0.1mV@1,000V/s
CA和CC脈沖寬度:0.0001-1,000sec
CC可采用模擬積分器
CA和CC階躍次數(shù):1-320
DPV和NPV脈沖寬度:0.0001-10sec
SWV頻率:1-100KHz
ACV頻率:0.1-10KHz
SHACV頻率:0.1-5KHz
IMP頻率:0.00001-100,000Hz(在一定的阻抗范圍可達(dá)1MHz)
自動(dòng)和手動(dòng)iR降補(bǔ)償
低通濾波器覆蓋8個(gè)數(shù)量級(jí)的頻率范圍，自動(dòng)或手動(dòng)設(shè)置
RDE控制信號(hào)輸出
雙通道測(cè)量適用于CV,LSV,CA,DPV,NPV,SWV,i-t
Flash存儲(chǔ)器允許e-mail軟件更新
USB口通訊
循環(huán)伏安法數(shù)字模擬器(任意反應(yīng)機(jī)理)
交流阻抗數(shù)字模擬器和擬合器
電解池控制輸出:通氮，攪拌，敲擊
大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度:256K-16384K點(diǎn)可選擇
儀器尺寸:兩個(gè)32cm(寬)x28cm(深)x12cm(高)
儀器重量:7kg
實(shí)驗(yàn)技術(shù)
掃描探頭技術(shù)：
表面成象處理(SPC)
探頭掃描曲線(PSC，X，Y，Z方向)
探頭逼近曲線(PAC)
掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)
電位掃描技術(shù):
循環(huán)伏安法(CV)
線性掃描伏安法(LSV)
TAFEL圖(TAFEL)
電位階躍和脈沖技術(shù):
計(jì)時(shí)電流法(CA)
計(jì)時(shí)電量法(CC)
階梯波伏安法(SCV)
差分脈沖伏安法(DPV)
常規(guī)脈沖伏安法(NPV)
差分常規(guī)脈沖伏安法(DNPV)
方波伏安法(SWV)
交流技術(shù):
交流伏安法(ACV)
二次諧波交流伏安法(SHACV)
交流阻抗(IMP)
交流阻抗-電位(IMPE)
交流阻抗-時(shí)間(IMPT)
恒電流技術(shù):
計(jì)時(shí)電位法(CP)
電流掃描計(jì)時(shí)電位法(CPCR)
多電流階躍(ISTEP)
電位溶出分析(PSA)
其它電化學(xué)測(cè)量技術(shù):
時(shí)間-電流曲線(i-t)
差分脈沖安培法(DPA)
雙差分脈沖安培法(DDPA)
三脈沖安培法(TPA)
積分脈沖電流監(jiān)測(cè)(IPAD)
掃描-階躍混和方法(SSF)
多電位階躍(STEP)
流體力學(xué)調(diào)制伏安法(HMV)
控制電位電解庫(kù)侖法(BE)
電化學(xué)噪聲測(cè)量(ECN)
各種溶出伏安法
開路電位-時(shí)間曲線(OCPT)
CHI900D/920D掃描電化學(xué)顯微鏡主要特點(diǎn)：
CHI900D/920DSECM是CHI900C/920C的改進(jìn)型。儀器由雙恒電位儀/恒電流儀，高分辨的三維定位裝置，和樣品／電解池架子組成。三維定位裝置采用步進(jìn)電機(jī)(CHI900D)或者步進(jìn)電機(jī)與壓電晶體的組合(CHI920D)，可允許50毫米的運(yùn)行距離并達(dá)到納米的空間分辨。與CHI900B/910B采用的步進(jìn)電機(jī)相比，新的步進(jìn)電機(jī)的線性度和分辨率都明顯改善。步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)的分辨率可達(dá)4納米。這使得大部分SECM的應(yīng)用可以僅用步進(jìn)電機(jī)定位器(CHI900D)來(lái)實(shí)現(xiàn)。從而進(jìn)一步降低了儀器的價(jià)格。在需要不斷調(diào)整定位器而達(dá)到電流控制或其它控制的情況下，可采用步進(jìn)電機(jī)與壓電晶體閉環(huán)控制定位器的組合(CHI920D)。CHI920D的壓電晶體閉環(huán)控制定位器為XYZ三維空間。
雙恒電儀集成了數(shù)字信號(hào)發(fā)生器和高分辨數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電位范圍為±10V，電流范圍±250mA。儀器的噪聲極低，其電流測(cè)量可低于1pA。兩個(gè)工作電極的電位可單獨(dú)控制，也允許同步掃描或階躍。與CHI900B相比，CHI900D在保持低噪聲的條件下，速度大為提高。信號(hào)發(fā)生器的更新速率為10MHz，數(shù)據(jù)采集采用兩個(gè)同步16位高分辨低噪聲的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，雙通道同時(shí)采樣的超高速率為1MHz。循環(huán)伏安法的掃描速度為1000V/s時(shí)，電位增量?jī)H0.1mV，當(dāng)掃描速度為5000V/s時(shí)，電位增量為1mV。儀器增加了交流測(cè)量方法，如交流阻抗的測(cè)量頻率可達(dá)1MHz，交流伏安法的頻率可達(dá)10KHz。CHI900D仍具備恒電流儀，正反饋iR降補(bǔ)償，用于旋轉(zhuǎn)電極轉(zhuǎn)速控制的模擬電壓輸出信號(hào)(0-10V)，外部信號(hào)輸入通道，以及一個(gè)16位高分辨高穩(wěn)定的電流偏置電路。
除了SECM成像以外，儀器還提供探頭掃描曲線，探頭逼近曲線和表面成像處理。探頭可沿X，Y，或Z的方向掃描，探頭和第二工作電極的電位可獨(dú)立控制并分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)通道的電流。當(dāng)電流達(dá)到某一設(shè)定值時(shí)，探頭會(huì)停止掃描。探頭逼近表面時(shí)采用PID控制，可自動(dòng)調(diào)節(jié)移動(dòng)步長(zhǎng)使得快速逼近但又避免探頭碰撞樣品表面。儀器的控制軟件是多用戶界面的視窗程序，十分友好易用。儀器的其他特點(diǎn)還包括靈活的實(shí)驗(yàn)控制，數(shù)據(jù)分析，并集成了三維圖形。除了電流檢測(cè)方式，探頭的電位也能被檢測(cè)，從而允許用電位法做SECM。儀器還允許多種常規(guī)電化學(xué)測(cè)量方法。
