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 —— 可升級正置 Axio Imager.Z2m 或倒置 Axio Observer 7 光學顯微鏡，融合光學顯微與共聚焦成像能力，既能實現明場、暗場、偏光、熒光等傳統觀察，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還能夠實現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、核心優勢：技術突破與系統效能升級

（一）高分辨成像：從光學原理到硬件保障

系統基于共聚焦光路設計：激光經掃描器控制在 X、Y 方向掃描樣品，僅焦平面內信息（黃色）可通過針孔被檢測，焦外信息（紅 / 藍色虛線）被過濾；通過移動物鏡與樣品距離，獲取系列光學切片并堆棧，結合像素強度分析生成高度圖，實現三維成像。

共聚焦原理：對整個樣品進行三維成像

硬件上，其核心優勢在于精準光學配置：一是搭載復消色差平視場校正 C Epiplan-APOCHROMAT 物鏡，針對 405nm 激光波長優化，全視野像差極小，成像偽影與噪點顯著減少 —— 對比普通物鏡，邊緣無失真、平面更潔凈，細節呈現更準確；二是提供兩類激光器配置，擴展共聚焦顯微鏡的應用范圍：單通道系統（405nm 紫外激光，2 類激光產品）實現 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，適配生物材料細胞觀察等場景。

利用不同的激發波長識別彩色顏料

最終水平（XY）分辨率達 120nm，高度（Z）最小步進 10nm，掃描分辨率最高 6144×6144 像素，可捕捉金屬晶粒邊界、聚合物層間結構等納米級細節。

（二）成像靈活：光學顯微鏡和共聚焦顯微鏡二合一

系統通過 “流程優化設計" 降低操作門檻、提升效率：

無需切換設備：同一平臺完成寬場定位與共聚焦分析，實現反射光和透射光的觀察，同時也可進行形貌表征觀察；使用寬場觀察方式實現樣品的定位，便于共聚焦顯微鏡進一步原位分析；

•節省儀器設置時間，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：向導式操作簡化成像步驟，自動化數據采集支持多位置批量掃描；可在預覽圖定義 感興趣區域（ROI），僅采集所需區域，避免冗余數據；

• 全流程數據掌控：從成像參數調節到后期處理均自主可控，搭配 ZEN 系列軟件 ——ZEN Intellesis 實現機器學習驅動的圖像分割與相位辨別，ZEN Connect 可疊加管理多模態實驗圖像，ZEN Data Storage 則提供智能數據歸檔，滿足多場景研究需求。

（三）多功能擴展：覆蓋材料研究全場景需求

除基礎成像外，系統通過 “模塊升級 + 專用軟件" 拓展應用邊界：

•  量化分析能力：標配 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、周長等參數的詳細報告；加裝可選模塊后，還能進行三維傅立葉分析、表面進化統計、晶粒 / 顆粒計數；

用ConfoMap進行三維表面檢測

•  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、拉伸臺等第三方配件，可追蹤材料在環境變化下的動態響應；

•  光電聯用：與蔡司電鏡聯用，更能實現多尺度關聯分析，整合微觀結構與宏觀性能數據。

二、典型應用：從工業檢測到科研探索

（一）工業質量與失效分析

•手機失效分析：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、內部結構變形等問題；

•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），輔助優化焊接工藝；

• 磨損測試：對金屬磨損孔口進行三維體積測量，導出表面面積、深度等參數，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。可從報告中導出體積、表面、深度、周長和復雜度等參數。

（二）材料結構與性能研究

•聚合物與復合物：清晰呈現多層復合聚合物的層間界面，無層間信號干擾，助力多層系統設計；

• 陶瓷與地質材料：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元件（安全特性組件）生成彩色三維視圖，精準識別微觀結構與防偽特征。

陶瓷表面

（三）新能源材料研發

在鈣鈦礦太陽能電池研究中，團隊借助 LSM 900 MAT 的高靈敏度熒光成像功能，實現鈣鈦礦薄膜生長過程的實時監測。通過多色熒光標記技術，同時觀察到晶界處的碘空位聚集和有機陽離子遷移現象，利用 AI 輔助分析建立了缺陷密度與光電轉換效率的量化關系。優化工藝后制備的電池效率提升 8%，系統的快速光譜成像能力能在 10 分鐘內完成整片電池的缺陷分布 Mapping。

（四）工業質量控制

某汽車制造商引入 LSM 900 MAT 進行鋁合金激光焊接接頭質量檢測。系統的反射光成像模式結合 AI 缺陷識別算法，成功檢測出傳統方法難以發現的微裂紋和氣孔缺陷，最小可識別尺寸達 1μm。通過 3D 重建技術精確測量缺陷的體積、分布密度及空間取向，為優化焊接工藝參數提供量化依據，應用后焊接合格率提升 15%。在氫能產業中，該系統可對電解槽極板表面結構和粗糙度進行檢驗，同時觀察隔膜纖維結構的完整性，保障關鍵組件性能。

（五）地質材料分析

LSM 900 MAT 的反射光掃描模式能重建巖石三維結構，定位孔隙位置及深度，結合熒光標記定位剩余油位置，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樣品的形態和尺寸分析，輕重質組分的多通道采集功能為能源勘探提供關鍵微觀數據。

三、未來展望：賦能多領域創新

隨著材料科學向多功能、復合化方向發展，LSM 900 MAT 通過持續軟件升級和模塊擴展不斷拓展應用邊界。在可持續材料研發領域，其溫和的成像條件使生物基復合材料的原位降解過程觀察成為可能；在新能源領域，為氫能電解槽關鍵部件的質量控制提供微觀表征支持。從實驗室基礎研究到生產線質量控制，LSM 900 MAT 性能和靈活性成為材料科學領域的表征工具。它不僅幫助研究人員揭示材料微觀奧秘，更通過標準化分析流程和量化數據加速科研成果向工業應用的轉化。在蔡司光學技術支撐下，LSM 900 MAT將繼續帶領材料顯微表征技術發展，為新材料、新工藝創新提供源源不斷的動力。

參考文獻

[1] 蔡司公司. ZEISS LSM 900 材料研究應用指南 

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

[3] 共聚焦顯微技術在鈣鈦礦太陽能電池研究中的應用 [EB/OL]. 材料科學網 2025.

[4] 蔡司工業顯微鏡解決方案。金屬加工， 2025.