蔡司 LSM 900 MAT 共聚焦激光掃描顯微鏡（CLSM），是專為材料研究打造的多功能成像系統(tǒng) —— 可升級(jí)正置 Axio Imager.Z2m 或倒置 Axio Observer 7 光學(xué)顯微鏡，融合光學(xué)顯微與共聚焦成像能力，既能實(shí)現(xiàn)明場、暗場、偏光、熒光等傳統(tǒng)觀察，又能通過非接觸式檢測完成三維表面形貌分析與無損測量，是材料科學(xué)分析研究的多維度和多尺度分析解決方案，甚至配置共聚焦熒光和Airyscan還能夠?qū)崿F(xiàn)生物材料樣品高分辨熒光表征。

ZEISS LSM900 MAT材料激光共聚焦顯微鏡

一、核心優(yōu)勢：技術(shù)突破與系統(tǒng)效能升級(jí)

（一）高分辨成像：從光學(xué)原理到硬件保障

系統(tǒng)基于共聚焦光路設(shè)計(jì)：激光經(jīng)掃描器控制在 X、Y 方向掃描樣品，僅焦平面內(nèi)信息（黃色）可通過針孔被檢測，焦外信息（紅 / 藍(lán)色虛線）被過濾；通過移動(dòng)物鏡與樣品距離，獲取系列光學(xué)切片并堆棧，結(jié)合像素強(qiáng)度分析生成高度圖，實(shí)現(xiàn)三維成像。

共聚焦原理：對整個(gè)樣品進(jìn)行三維成像

硬件上，其核心優(yōu)勢在于精準(zhǔn)光學(xué)配置：一是搭載復(fù)消色差平視場校正 C Epiplan-APOCHROMAT 物鏡，針對 405nm 激光波長優(yōu)化，全視野像差極小，成像偽影與噪點(diǎn)顯著減少 —— 對比普通物鏡，邊緣無失真、平面更潔凈，細(xì)節(jié)呈現(xiàn)更準(zhǔn)確；二是提供兩類激光器配置，擴(kuò)展共聚焦顯微鏡的應(yīng)用范圍：單通道系統(tǒng)（405nm 紫外激光，2 類激光產(chǎn)品）實(shí)現(xiàn) 120nm 橫向分辨率，URGB 多波長模塊（405/488/561/640nm）則支持熒光染料分布成像，適配生物材料細(xì)胞觀察等場景。

利用不同的激發(fā)波長識(shí)別彩色顏料

最終水平（XY）分辨率達(dá) 120nm，高度（Z）最小步進(jìn) 10nm，掃描分辨率最高 6144×6144 像素，可捕捉金屬晶粒邊界、聚合物層間結(jié)構(gòu)等納米級(jí)細(xì)節(jié)。

（二）成像靈活：光學(xué)顯微鏡和共聚焦顯微鏡二合一

系統(tǒng)通過 “流程優(yōu)化設(shè)計(jì)" 降低操作門檻、提升效率：

無需切換設(shè)備：同一平臺(tái)完成寬場定位與共聚焦分析，實(shí)現(xiàn)反射光和透射光的觀察，同時(shí)也可進(jìn)行形貌表征觀察；使用寬場觀察方式實(shí)現(xiàn)樣品的定位，便于共聚焦顯微鏡進(jìn)一步原位分析；

•節(jié)省儀器設(shè)置時(shí)間，例如金屬金相樣品反射光表征與巖石薄片透射光觀察可無縫銜接；

• 智能工作流：向?qū)讲僮骱喕上癫襟E，自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集支持多位置批量掃描；可在預(yù)覽圖定義 感興趣區(qū)域（ROI），僅采集所需區(qū)域，避免冗余數(shù)據(jù)；

• 全流程數(shù)據(jù)掌控：從成像參數(shù)調(diào)節(jié)到后期處理均自主可控，搭配 ZEN 系列軟件 ——ZEN Intellesis 實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的圖像分割與相位辨別，ZEN Connect 可疊加管理多模態(tài)實(shí)驗(yàn)圖像，ZEN Data Storage 則提供智能數(shù)據(jù)歸檔，滿足多場景研究需求。

（三）多功能擴(kuò)展：覆蓋材料研究全場景需求

除基礎(chǔ)成像外，系統(tǒng)通過 “模塊升級(jí) + 專用軟件" 拓展應(yīng)用邊界：

•  量化分析能力：標(biāo)配 ConfoMap 軟件，可開展粗糙度（Ra/Rz）、幾何形狀、功能性分析，生成含體積、深度、周長等參數(shù)的詳細(xì)報(bào)告；加裝可選模塊后，還能進(jìn)行三維傅立葉分析、表面進(jìn)化統(tǒng)計(jì)、晶粒 / 顆粒計(jì)數(shù)；

用ConfoMap進(jìn)行三維表面檢測

•  無損與原位檢測：無需破壞樣品即可測量涂層 / 薄膜厚度，搭配冷熱臺(tái)、拉伸臺(tái)等第三方配件，可追蹤材料在環(huán)境變化下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；

•  光電聯(lián)用：與蔡司電鏡聯(lián)用，更能實(shí)現(xiàn)多尺度關(guān)聯(lián)分析，整合微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能數(shù)據(jù)。

二、典型應(yīng)用：從工業(yè)檢測到科研探索

（一）工業(yè)質(zhì)量與失效分析

•手機(jī)失效分析：生成紋理圖像、疊加圖、彩色高度圖（圖像寬度 1.1mm），直觀定位外殼劃痕、內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形等問題；

•金屬與合金表征：觀察增材制造合金激光拋光表面的平整度，分析雙相不銹鋼焊縫附近奧氏體與鐵素體晶粒差異（圖像寬度 445μm），輔助優(yōu)化焊接工藝；

• 磨損測試：對金屬磨損孔口進(jìn)行三維體積測量，導(dǎo)出表面面積、深度等參數(shù)，量化磨損程度。

•材料磨損的金屬測試。孔口的體積測量。彩色高度圖的三維視圖。可從報(bào)告中導(dǎo)出體積、表面、深度、周長和復(fù)雜度等參數(shù)。

（二）材料結(jié)構(gòu)與性能研究

•聚合物與復(fù)合物：清晰呈現(xiàn)多層復(fù)合聚合物的層間界面，無層間信號(hào)干擾，助力多層系統(tǒng)設(shè)計(jì)；

• 陶瓷與地質(zhì)材料：陶瓷表面以彩色高度圖展示微觀起伏；砂巖孔隙率研究中，經(jīng)熒光染色后通過 4×4 拼接成像（非接觸式測量），三維表征孔隙分布；

•功能材料檢測：對文檔中的衍射光學(xué)元件（安全特性組件）生成彩色三維視圖，精準(zhǔn)識(shí)別微觀結(jié)構(gòu)與防偽特征。

陶瓷表面

（三）新能源材料研發(fā)

在鈣鈦礦太陽能電池研究中，團(tuán)隊(duì)借助 LSM 900 MAT 的高靈敏度熒光成像功能，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜生長過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過多色熒光標(biāo)記技術(shù)，同時(shí)觀察到晶界處的碘空位聚集和有機(jī)陽離子遷移現(xiàn)象，利用 AI 輔助分析建立了缺陷密度與光電轉(zhuǎn)換效率的量化關(guān)系。優(yōu)化工藝后制備的電池效率提升 8%，系統(tǒng)的快速光譜成像能力能在 10 分鐘內(nèi)完成整片電池的缺陷分布 Mapping。

（四）工業(yè)質(zhì)量控制

某汽車制造商引入 LSM 900 MAT 進(jìn)行鋁合金激光焊接接頭質(zhì)量檢測。系統(tǒng)的反射光成像模式結(jié)合 AI 缺陷識(shí)別算法，成功檢測出傳統(tǒng)方法難以發(fā)現(xiàn)的微裂紋和氣孔缺陷，最小可識(shí)別尺寸達(dá) 1μm。通過 3D 重建技術(shù)精確測量缺陷的體積、分布密度及空間取向，為優(yōu)化焊接工藝參數(shù)提供量化依據(jù)，應(yīng)用后焊接合格率提升 15%。在氫能產(chǎn)業(yè)中，該系統(tǒng)可對電解槽極板表面結(jié)構(gòu)和粗糙度進(jìn)行檢驗(yàn)，同時(shí)觀察隔膜纖維結(jié)構(gòu)的完整性，保障關(guān)鍵組件性能。

（五）地質(zhì)材料分析

LSM 900 MAT 的反射光掃描模式能重建巖石三維結(jié)構(gòu)，定位孔隙位置及深度，結(jié)合熒光標(biāo)記定位剩余油位置，幫助評估開采難度并制定合理方案。其足夠大的樣品容納空間支持各類地質(zhì)樣品的形態(tài)和尺寸分析，輕重質(zhì)組分的多通道采集功能為能源勘探提供關(guān)鍵微觀數(shù)據(jù)。

三、未來展望：賦能多領(lǐng)域創(chuàng)新

隨著材料科學(xué)向多功能、復(fù)合化方向發(fā)展，LSM 900 MAT 通過持續(xù)軟件升級(jí)和模塊擴(kuò)展不斷拓展應(yīng)用邊界。在可持續(xù)材料研發(fā)領(lǐng)域，其溫和的成像條件使生物基復(fù)合材料的原位降解過程觀察成為可能；在新能源領(lǐng)域，為氫能電解槽關(guān)鍵部件的質(zhì)量控制提供微觀表征支持。從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究到生產(chǎn)線質(zhì)量控制，LSM 900 MAT 性能和靈活性成為材料科學(xué)領(lǐng)域的表征工具。它不僅幫助研究人員揭示材料微觀奧秘，更通過標(biāo)準(zhǔn)化分析流程和量化數(shù)據(jù)加速科研成果向工業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。在蔡司光學(xué)技術(shù)支撐下，LSM 900 MAT將繼續(xù)帶領(lǐng)材料顯微表征技術(shù)發(fā)展，為新材料、新工藝創(chuàng)新提供源源不斷的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡司公司. ZEISS LSM 900 材料研究應(yīng)用指南 

[2] 蔡司公司. ZEISS LSM 900 ：Airyscan 2 超分辨成像技術(shù) [R]. Carl Zeiss Microscopy GmbH, 2024.

[3] 共聚焦顯微技術(shù)在鈣鈦礦太陽能電池研究中的應(yīng)用 [EB/OL]. 材料科學(xué)網(wǎng) 2025.

[4] 蔡司工業(yè)顯微鏡解決方案。金屬加工， 2025.