扫描电子显微镜（SEM）是一种在学术界和工业界都非常流行的技术，用于分析各种材料的表面形貌。它要求在非导电样品上沉积像金这样的金属薄膜，以防电荷积聚影响成像效果。但是，金膜溅射沿垂直方向的不连续和自身纳米晶粒结构，导致SEM图像不能提供沿样品垂直方向的信息也不适用于某些纳米结构材料，并且分辨率有限。
最近，新加坡国立大学和新加坡国立大学重庆研究院的欧阳建勇教授团队发现在样品表面旋涂PEDOT:PSS可以在表面和侧面形成连续的导电聚合物涂层，从而其SEM表征能够揭示材料的三维表面结构。他们把这种技术命名为地形扫描电子显微镜。加入了乙二醇（EG）或是二甲基亚砜（DMSO）的PEDOT:PSS薄膜电导率分别达到1000 S·cm-1左右，并且具有表面能低（71.7 mJ·m-2）、RMS粗糙度小（0.7 nm）、光滑且无明显表面特征的性质。在此项工作中，他们发现使用PEDOT:PSS的导电聚合物涂层，可以观察到沿水平和垂直方向的高质量特征，并且SEM图像的分辨率在纳米尺度下明显高于金（Au）沉积。相关工作以题为“Topographic Scanning Electronic Microscopy Reveals the 3D Surface Structure of Materials”发表在《Advanced Functional Materials》上。
地形扫描电子显微镜
研究表明，传统金溅射的SEM图像基本上是二维的，而PEDOT:PSS涂层预处理样品的SEM图像则是三维的。因此，将这种技术为地形扫描电镜。
图a为EG、DMSO和PEDOT:PSS的化学结构。图b为旋涂法制备PEDT:PSS薄膜示意图。图c为溅射镀金示意图。蚀刻玻璃样品的SEM没有导电层（图d)，涂层为PEDOT:PSS(图e)，涂层为PEDOT:PSS-EG(图f)和沉积Au(图g)。图h为纳米结构样品上均匀的PEDOT:PSS膜和不均匀的Au膜示意图。亮度表示不均匀性。金沉积在光滑玻璃表面，能明显观测到10-12nm的岛状结构。因此只适合在低于5000倍的低放大倍率下进行SEM表征。而导电聚合物涂层具有可忽略不计的表面特征（低粗糙度～0.7 nm），低表面能（71.7 mJ·m-2）和化学稳定性。结果表明，涂覆PEDOT:PSS样品的SEM图像质量明显高于无导电层和无Au膜样品。图a-c为沉积Au，图d-f为旋涂PEDOT:PSS-EG的玻璃样品的SEM图像。放大倍数为10000（图a,d）, 200000 (图b,e)和500000（图c,f）。图g为原始玻璃的AFM形貌图像，图h为涂覆PEDOT:PSS-EG膜，图i为沉积Au膜。将PEDOT:PSS-EG和Au薄膜沉积在玻璃上，薄膜厚度为20 nm。传统的SEM图像只能提供样品表面的信息，而地形扫描电镜图像则显示了底部显著的凹陷微结构，还可以清晰地观察到半导体芯片和多层结构材料的上层，下层形貌特征。具有下伏多层结构的地形SEM图像。图a-d为硅基芯片，图e,f为PDMS微柱结构的SEM图像。样品用Au沉积（图a,c,e）和涂覆PEDOT:PSS-EG（图b,d,f）。PEDOT:PSS-EG涂层的地形SEM图像可以有效地避免电荷积累。PEDOT:PSS-EG能够沿垂直壁和底部形成连续膜，甚至可以从结构深处显示信息。另外，许多生物材料，如蘑菇和柚子皮，都有复杂的三维支架结构。在地形SEM图像中可以观察到水平方向和垂直方向的支架结构。具有垂直结构和多孔支架结构材料的地形SEM图像。图a,b为带孔红藤树干的SEM图像。图c,d为具有多孔支架结构的干蘑菇，图e,f为聚丙烯外科口罩的SEM图像。样品用Au沉积（图a,c,e）和涂覆PEDOT:PSS-EG（图b,d,f）。在溅射沉积过程中，金在样品表面生长成岛状结构。相比之下，PEDOT:PSS-DMSO在纳米尺度上无特征形貌，表现出样品自身形貌。可应用于电池材料，纳米多孔催化剂，气凝胶等样品的SEM表征。图a-f为能源材料、催化剂载体和纳米多孔支架材料的SEM表征。锂电池正极镍钴锰酸盐（NCM）（图a,b），氧化铝（图c,d）和复合气凝胶（图e,f）的SEM图像。样品用Au沉积（图a,c,e）和涂覆PEDOT:PSS-EG（图b,d,f）。通过在样品表面旋涂PEDOT:PSS实现了地形SEM成像，形成了表面能低（71.7 mJ·m-2）、RMS粗糙度小（0.7 nm）、光滑且无特征的导电聚合物薄膜。该方法首次被提出，其成像结果详细表明了样品水平和垂直结构信息，并显示出优于金溅射样品的纳米级分辨率。
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