2、压电驱动器（用来精确地控制操作探针 和基底位置）
3、计算机（用来控制操作、获取和分析数 据）
SECM Block Diagram
双恒电位仪控制探针与基底电极的电位或 电流，定位装置控制探针对基底进行X、Y、 Z方向扫描。电解池固定于操作台上。探 针电极的设计和表面状态可显著影响 SECM的分辨率和实验的重现性，用前需 处理以获得干净表面。
2、探针的质量
SECM的分辨率主要取决于探针的尺寸、 形状及探针-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，减少探针 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。
2、恒电流模式（直接模式）
通过反馈电路控制探针-基底的相对间距d 不变，并检测探针在垂直方向的位置变化 来实现成象过程，以提高分辨率.
对于基底含有导电和绝缘体微结构的不均 匀体系，应用恒电流模式可以避免恒高度 模式所引起的探头会碰到基底而撞坏的问题。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（二）电位法
微型离子选择性电极作为SECM的探针。 此类探针仅传感基底附近浓度，而不产生 或消耗电极反应活性物质。电极膜电位方 程可用于浓度空间分布的计算并确定探针基底间距范围。
1、探针制备
SECM探针为被绝缘层包围的超微圆盘电 极（UMDE），常为贵金属或碳纤微，半 径在微米或亚微米级。制作时把清洗过的 微电极丝放入除氧气毛细玻璃管内，两端 加热封口，然后打磨至电极部分露出，由 粗到细用抛光布依次抛光至探针尖端为平 面。再小心地把绝缘层打磨成锥形，以在 实验中获得 尽可能小的探针-基底间距（d）。
O ）仅受溶液的扩散控制时，
则该条件下探针上的稳态电流
iT, = 4 n F C0* D0 a F:法拉第常数； C0* ：溶液本体中R的浓度； D0 ：扩散系数； a：探头半径 （1）当探针与基底间距 d 大于5-10a时，基
底的存在并不影响该稳态电流值。
（2）当探针与基底间距 d 与a相当时，探针 上的电化学电流 iT 将随距离d 的变化和基 底性质的不同而发生显著改变。
Disk-type SECM Tip
二、工作原理
正负反馈模式的工作原理：
工作电极：UME探头（圆盘电极，半径是a）
基底：所研究的样品,也可以被极化而作为第二个
工作电极
作为探头的超微盘电极和基底均处于一含有
电化学活性物R （Fe(CN)64-）的溶液中，当探针 所处的电极电位足以使R的氧化反应
（ R-ne
SECM的反馈模式
当探针在微位移器的驱动下对基底进行恒 定高度状态下的X-Y扫描时，探针电极上 的法拉第电流将随基底的起伏或性质改变 而发生相应改变，SECM就是通过电流的 正反馈或负反馈过程及其强弱来感应基底 表面的几何形貌或电化学活性研究的。
CV of the ion Ru(NH3)63+ at a 10-µm diameter tip in an unstirred buffer solution.
当处于探针下的区域为导体时，探针上产
生的氧化态物种O扩散至该区域时可被还原 成R （ O+ ne R ） ，然后又扩散至探针， 使探针工作表面上R的有效流量增加，因而iT iT, ，称为正反馈。此时在保持探针垂直距离不 变的情形下，将探针移至基底的绝缘体区域上方，
R向探头表面的正常扩散因该绝缘体的存在而受 到阻碍，因而iT iT, ，称为负反馈。
与STM和AFM技术不同，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。该技术驱动非常 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。
一、SECM装置
1、电化学部分（电解池、探头、基底、各 种电极和双恒电位仪）
三、实验方法
（一）电流法 该模式是基于给定探针、基底电位，
观察电流随时间或探针位置的变化，从而 获取信息的方法。 1、变电流模式（恒高度） （1）反馈模式：探针既是信号的发生源又
是检测器，被形象地称为“电化学雷 达”。
当探针与基底建立电化学反馈电流后，恒定 探针-基底绝对距离d，即探针在基底表面进 行等高的X，Y方向扫描，同时记录探针在 不同位置的电流大小.
（2）收集模式：探针（基底）上施加电位 得到电生物，基底（探针）电极上记录所 收集的该物质产生的电流，根据收集比率 得到物质产生/消耗流量图。可分为探针产 生/基底收集和基底产生/探针收集两种。
（3）暂态检测模式
单电位跃记时安培法和双电位跃记时安培 法用于SECM研究获取暂态信息。在探针 上施加大幅度电位阶跃至扩散控制电位， 考察还原反应，设 tc为到达稳态的时间，则 在绝缘体基底上tc是（d2/DO）的函数，而在 导体基底上tc是[d2（1/DO +1/DR ）] 的函数。
2、异相电荷转移反应研究
SECM的探针可移至非常靠近样品电极表 面从而形成薄层池，达到很高的传质系数， 且SECM探针电流测量很容易在稳态进行， 具有很高的信噪比和测量精度，也基本不 受iR降和充电电流的影响。
SECM可以定量地测量在探针或基底表面 的异相电子转移速率常数。异相速率常数 既可以通过稳态伏安法也可以由分析i-d曲 线而得到。
（三）电阻法
液膜或玻璃微管离子选择性电极可用于没 有电活性物质或有背景电流干扰的体系， 也常用在生物体系中。在两电极之间施加 恒电位，通过测量探针-基底电极间的溶液 电阻来获得空间分辨信息。探针电极内阻 越小，灵敏度越高。
四、SECM的应用
1、样品表面扫描成像
探针在靠近样品表面扫描并记录作为X-YZ坐标位置函数的探针电流，可以得到三 维的SECM图像。
3、均相化学反应动力学研究
SECM的收集模式、反馈模式及其与记时 安培法、快扫描循环伏安法等电化学方法 的联用，已用于测定均相化学反应动力学 和其它类型的与电极过程耦联的化学反应 动力学。
4、薄膜表征
SECM可监测微区反应，因此也是研究电 极表面薄膜的十分有效的技术。它既可以 通过媒介反应进行测量，也可以把探针伸 入膜中直接测量。