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原子力显微镜

型号:FM-Nanoview6800(AFM) 访问量:5136发布时间:2015/10/16 单位:苏州飞时曼精密仪器有限公司

1
设备概述

   苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜是中国原子力显微镜典型代表。拥有多项专利技术的产品,非常的稳定,相比国外几十万甚至几百万的原子力显微镜,飞时曼制造的原子显微镜具有非常实用的价值。

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技术指标

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜的主要技术指标
1、工作模式:接触、轻敲、相位、摩擦力、磁力或静电力
2、样品尺寸:Φ≤90mm,H≤20mm
3、最大扫描范围:横向50um,纵向5um
4、扫描分辨率:横向0.2nm,纵向0.05nm
5、扫描速率:0.6Hz~4.34Hz
6、扫描角度:任意
7、样品移动范围:0~20mm
8、马达趋近脉冲宽度:10±2ms
9、光学放大倍数:10X
10、光学分辨率:1um
11、图像采样点:256×256,512×512
12、扫描控制:XY采用18-bit D/A,Z采用16-bit D/A
13、数据采样:14-bit A/D、双16-bit A/D多路同步采样
14、反馈方式:DSP数字反馈
15、反馈采样速率:64.0KHz
16、计算机接口:USB2.0
17、运行环境:运行于Windows98/2000/XP/7/8操作系统

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仪器构成

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜的仪器构成
打开原子力显微镜木质包装箱后,请仔细检查仪器整机和装机附件是否齐全。本仪器的装机附件主要包括以下部分,请仔细核对。
1.仪器操作使用说明书1份(图1.1)
2.三端交流电源线1根(图1.2)   
3.USB数据线1根(图1.3)
4.附件盒1个(图1.4)
5.软件和驱动光盘1个(图1.5)
6.弯头镊子1把(图1.6)
7.平口镊子1把(图1.7)
8.光栅和DVD样品各1个(图1.8)
9.样品基片10个(图1.9)
10.轻敲探针5根(图1.10)
11.接触探针5根(图1.11)
12.探针架1个(图1.12)

  图1.2 图1.3 图1.4

  图1.5 图1.6 图1.7

  图1.8 图1.9 图1.10                            

  图1.11 图1.12                      

本仪器为一体式原子力显微镜,其硬件基本构成如图1.13所示。

仪器整机结构组成

图1.13 仪器整机结构组成

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功能特点

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜主要功能特点
硬件系统

1、光机电一体化设计,外形结构简单;
2、扫描探头和样品台集成一体,抗干扰能力强;
3、精密激光检测及探针定位装置,光斑调节简单,操作方便;
4、采用样品趋近探针方式,使针尖垂直于样品扫描;
5、伺服马达手动或自动脉冲控制,驱动样品垂直接近探针,实现扫描区域精确定位;
6、高精度大范围的样品移动装置,可自由移动感兴趣的样品扫描区域;
7、高精度大范围的压电陶瓷扫描器,根据不同精度和扫描范围要求选择;
8、带光学定位的CCD观测系统,实时观测与定位探针扫描样品区域;
9、采用伺服马达控制CCD自动对焦功能;
10、模块化的电子控制系统设计,便于电路的持续改进与维护;
11、集成多种扫描工作模式控制电路,配合软件系统使用。
软件系统
1、可观测样品扫描时的表面形貌像、振幅像和相位像;
2、具备接触、轻敲、相位、摩擦力、磁力或静电力工作模式;
3、可自由选择图像采样点为256×256或512×512;
4、多通道图像同步采集显示,实时查看剖面图;
5、多种曲线力-间距(F-Z)、频率-RMS(f-RMS)、RMS-间隙(RMS-Z)测量功能;
6、可进行扫描区域偏移、剪切功能,任意选择感兴趣的样品区域;
7、可任意选择样品起始扫描角度;
8、激光光斑检测系统的实时调整功能;
9、针尖共振峰自动和手动搜索功能;
10、可任意定义扫描图像的色板功能;
11、支持样品倾斜线平均、偏置实时校正功能;
12、支持扫描器灵敏度校正和电子学控制器自动校正;
13、支持样品图片离线分析与处理功能。

5
运用领域

 苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜运用领域

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硬件安装

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜硬件安装

  本产品为纳米级精密测量仪器,对工作环境有较高的要求,请将仪器整机放置在具有防震效果的坚固的工作台之上,避免周围有较强的震动源和较大的电磁干扰。整机放置完毕后请按照如图1.14所示连接好仪器的各硬件单元。

  图 仪器硬件接线图

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软件安装

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜软件安装

  硬件安装完毕后,将本产品的装机附件软件和驱动光盘插入到与整机相连的PC光驱内,打开光盘后,里面含有仪器操作使用说明书电子版、AFM操作软件、软件驱动程序、离线处理软件和离线软件说明书。

驱动安装

安装驱动之前,请先检查PC机的操作系统类型,如果PC是32位操作系统,请安装光盘中附带的“FT232RL驱动-32位”,进入该文件夹,双击“ftdi_ft232_drive.exe”,按提示步骤进行下一步直至完成,然后打开仪器主电源开关,PC机会自动安装驱动程序直至提示显示安装完成;如果PC是64位操作系统,请安装光盘中附带的“FT232RL驱动-64位”拷贝到PC机的本地磁盘中,然后打开仪器主电源开关,PC机会自动安装驱动程序直至提示显示安装完成。
驱动安装完成后,请检查PC机中与仪器相连的COM口,右击“我的电脑属性设备管理器”——“端口”,查看“USB Serial Port”的COM口是否在COM1~COM10之间,如果不是,请手动更改COM设置使其在COM1~COM10之间。COM口设置更改步骤如下:

 

第一步:右击“USB Serial Port”点击“属性”,打开COM端属性窗口,如图1.15。

图1.15
第二步:选择“Port Settings”选项,点击“Advanced”,打开COM端设置窗口,如图1.16。

图1.16
第三步:选择“COM Port Number”选项,端口一般设置为COM3,如图1.17。然后点击OK,并依次点击确定。


图1.17

AFM操作软件安装

将随机光盘中的“AFM软件”文件夹拷贝到PC机的本地磁盘中,然后打开“TAFM”文件夹,删除“TAFM.ini”配置文件,再打开仪器主电源开关,双击“TAFM.exe”文件,轻敲模式操作软件即可使用。同样,打开“AFM”文件夹,删除“AFM.ini”配置文件,再打开仪器主电源开关,双击“AFM.exe”文件,接触模式操作软件即可使用。

离线软件安装
打开随机光盘中的“离线处理软件”文件夹,然后双击“WSxM3_0.exe”,按照提示步骤依次进行下一步直至软件安装完成。

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AFM工作方法

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜AFM操作软件使用

1 轻敲式AFM操作方法

第一步、 打开仪器主电源开关,然后打开“TAFM”文件夹,双击“TAFM.exe”文件,即可进入轻敲模式软件界面。
第二步、选择扫描分辨率,进入软件界面后,会跳出一个窗口,根据用户需要可以选择不同的扫描分辨率,一般选择256,然后点击确定,如图2.1。

图2.1

第三步、电子学校正,每天检查一次控制系统输入通道的零点校正,选择软件工具栏“显微镜”——“校正”——“电子学”,跳出电子学校正窗口,校正操作时先用黑色不透光纸片完全隔断探头内的激光光路,然后选择A/D通道调零内的3个选项,单击“应用”,系统将进行校正,然后单击确定并关闭对话框,如图2.2。

图2.2

第四步、光斑检测,将装好轻敲探针的探针架(探针安装方法见3.2插入到探头的燕尾槽内并插到底。然后点击软件快捷键图标,跳出光斑检测窗口,然后点击开始检测按钮 按钮,则光斑检测功能开始运行。调节光斑的位置使其处于光斑检测十字框的最中间(光斑调节方法见3.3,然后再点击一次 按钮,停止检测并关闭窗口,如图2.3。

图2.3

第五步、搜索共振峰,点击软件快捷键图标,跳出f-RMS曲线功能窗口;设置振源幅度为0.01或者0.1,然后点击按钮开始自动搜索,自动搜索完成后,再点击按钮开始采集f-RMS曲线,间隔3s后再点击一次采集完成,如图2.4。

图2.4

第六步、选择系统参数,首先点击软件快捷键图标,打开图像扫描窗口,设置双幅图像的“显示范围”参数分别为10nm和1v,“显示模式”均为图像+剖面线,如图2.5。

图2.5

然后选择软件工具栏“显微镜”——“校正”——“系统参数”,会跳出系统参数窗口,选择“当前参数文件”与扫描器上的型号保持一致,然后点击“保存到当前参数文件”,再点击“确定”后关闭该窗口,如图2.6。

图2.6

第七步、选择图像颜色,点击软件快捷键图标,跳出“调色板编辑器”窗口,可以自由设置图像的颜色,一般设置参数:“选择曲线”为红色,“选择调色板”值为13,如图2.7。然后点击确定并关闭窗口。

图2.7

第八步、探针-样品趋近,首先进行手动控制马达趋近探针接近样品,如图2.8为仪器控制面上的探针-样品趋近马达控制按钮。

图2.8探针-样品趋近马达控制按钮

当手动控制马达趋近探针接近样品到1mm之内时,改用软件自动趋近,点击软件快捷键图标,打开马达自动控制功能窗口,先点击图标,打开下拉菜单,根据不同扫描器的扫描范围一般设置参数“停止在”为400~1000nm之间。其他参数为默认的即可。
然后点击“自动趋近”,此时软件会自动控制探针趋近样品,当探针接近样品到合适位置时马达会自动停止,并跳出提示窗口“已进入工作区,马达停止”然后点击确定,如图2.9。

图2.9

第九步、观察RMS-Z曲线,当探针趋近样品到位,马达自动停止后,在图像扫描之前可以首先观察RMS-Z曲线,以检查探针趋近样品时的针尖状态(注意这一步不是必需的步骤,若针尖和样品趋近到位后状态良好,该步骤可省掉)。点击快捷键图标,打开RMS-Z曲线窗口,然后点击图标,开始测试RMS-Z曲线,观察曲线是否规则如下,如不是再点击图标,让扫描点自动偏移;或者单击马达单步进按钮;或者单击马达单步退按钮,然后再点击图标,再次测试RMS-Z曲线,如此直至看到完整的RMS-Z曲线为止,然后关闭该窗口,如图2.10。RMS-Z曲线作用是测量探针振动幅度与距离的关系,通过RMS-Z曲线可判断探针—样品作用的状态,也可以判断探针状态。

图2.10


第十步、图像扫描,首先点击图标,开始正式进入图像扫描过程,如图2.11。

图2.11

在图像扫描过程中可以根据样品表面的起伏逐步改变“扫描范围”参数从0->100->500->1000->2000->5000nm 的方式逐渐增大,同时相应增加高度图像的“显示范围”参数和RMS信号图像“显示范围”参数,查看高度剖面线和RMS信号剖面线高度是否出界。在扫描过程中也可以同时改变窗口左侧的其他相应参数值以便获得更清晰更有用的图像,下面介绍一下窗口左侧主要参数的含义。
“XY比例”:此参数主要是改变图像扫描过程中XY方向的采样点比例。
“X偏移”“Y偏移”:此参数改变样品扫描位置的实时偏移。
“扫描角度”:此参数改变样品扫描角度的实时变化。
“扫描速率”:改变图像扫描的速度。
“比例增益”“积分增益”:改变样品扫描时系统的反馈速度。
同时再介绍一下图像扫描窗口工具栏上的图标含义。
:开始和停止扫描
:从下往上扫描
:从上往下扫描
:扫描范围增大一倍
:扫描范围减小一倍
:扫描范围最大化
:快速进行扫描中心偏移
:选择扫描区域
:快速改变扫描角度
:实时测量表面形貌大小
:自动保存样品
在图像扫描过程中同时点击一下图标,图像数据会自动保存到AFM软件所在的磁盘X:\AFM软件\TAFM\Data中,只有完整扫描一幅图像结束后才会自动保存数据,当所需图像扫描结束后,再点击图标,此时图像扫描停止,如图2.12。

图2.12

如果需要改变图像数据的保存路径可以在图像扫描开始之前或者停止时设置保存路径及保存文件的名称。点击工具栏“视图”——“捕捉文件名”,会跳出以下窗口,可设置保存路径及保存文件名称,然后点击确定,如图2.13。


图2.13
第十一步、探针退出,仪器工作结束。当图像扫描结束且停止后,再点击快捷键图标图标,打开软件马达自动控制功能,然后点击“自动退出”,此时软件会自动控制探针离开样品,如图2.14。当自动退出停止后,再手动控制马达驱动探针离开样品到2mm之外,然后依次关闭“马达自动控制”窗口,软件主窗口和仪器主电源开关。

图2.14

 

2 接触式AFM操作方法

第一步、 打开仪器主电源开关,然后打开“AFM”文件夹,双击“AFM.exe”文件,即可进入接触模式软件界面。
第二步、第三步、第四步、第六步、第七步操作步骤与轻敲式AFM操作方法一致,第五步没有。但是接触式AFM工作模式必须要更换接触式探针(探针更换方法见3.2
第八步、探针-样品趋近,在探针趋近样品之前首先要设置图像扫描窗口左侧的“设置点”参数为-1~ -0.9之间,如图2.15所示。然后才能进行探针样品趋近,操作方法与轻敲式AFM操作方法一致。

图2.15

第九步、观察F-Z曲线,当探针趋近样品到位,马达自动停止后,在图像扫描之前可以首先观察F-Z曲线,以检查探针趋近样品时的针尖状态。(注意这一步不是必需的步骤,若针尖和样品趋近到位后状态良好,该步骤可省掉)。点击快捷键图标,打开F-Z曲线窗口,然后点击图标,开始测试F-Z曲线,观察曲线是否规则如下,如不是再点击图标,让扫描点自动偏移;或者单击马达单步进按钮;或者单击马达单步退按钮,然后再点击图标,再次测试F-Z曲线,如此直至看到完整的F-Z 曲线图为止,如图2.16。然后关闭该窗口。通过获得良好的F-Z 曲线来减小或增加针尖和样品间的接触力,好的样品成像质量依赖于好的F-Z 曲线。

图2.16

第十步、第十一步操作步骤与轻敲式AFM操作方法一致。

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样品制备

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜样品制备:
   如果您是第一次使用该原子力显微镜,建议您首先使用装机附件中已经制备好的光栅或DVD样品成像。使用其他的样品成像,必须将待测的样品通过双面胶或其他的胶水固定在装机附件中提供的样品基片上,然后连同样品基片吸附在仪器的扫描器上面。

10
探针安装

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜探针安装

关于接触式探针和轻敲式探针的安装方法完全一致。首先将探针架翻转,使其有沟槽的一面朝上,右手使用弯头镊子轻轻的夹住探针的前端(注意力道不能太大,否则探针会夹崩),左手施加一较小的压力按住探针架,使探针架上面的弹簧片升起,如图3.1。

图3.1
然后右手小心地将探针插入到探针架的凹槽里,直到与最里面的边缘贴紧,再撤去弯头镊子,左手放松探针架使弹簧片慢慢的夹住探针,这样探针就牢牢地固定在探针架的凹槽里,如图3.2。最后将装有探针的探针架插入到仪器探头的燕尾槽内。

图3.2
当探针长期使用损耗需要更换时,首先将探针架从探头燕尾槽中抽出,然后翻转放置在桌面上,使其有沟槽的一面朝上,右手拿住弯头镊子轻轻的夹住探针的前端,左手施加一较小的压力按住探针架,使探针架上面的弹簧片升起,然后右手将夹有探针的镊子小心的抽出,如图3.3。并将探针放置在探针盒内,再使用弯头镊子重新去夹起一枚新的探针,安装方法与上一致。

图3.3

11
光斑调节

光斑调节

在轻敲式AFM和接触式AFM操作方法的第四步中,当探针安装完毕或者每次更换新的探针后,都需要对光斑进行调节。光斑调节方法如下:
点击软件快捷键图标,跳出光斑检测窗口,然后点击开始检测按钮 按钮,则光斑检测功能开始运行。首先通过微调探头激光器位置旋钮使激光打在探针微悬臂的前端上,如图3.4。然后会在探针的下方形成一个衍射光斑,如图3.5。

图3.4 激光打在微悬臂上 图3.5 形成的衍射光斑
如图3.6为扫描探头的外形结构图,调节激光光斑时,首先旋动样品二维移动架X向旋钮将样品移动到最右端,然后在扫描探头的左侧下方放一张白色的小纸片,这时在小纸片上将看到激光的光斑。微调探头上的激光器X向位置旋钮,可使激光沿探针悬臂平行移动;微调探头上的激光器Y向位置旋钮,可使激光沿探针悬臂垂直移动。(注意一般情况下只需微调激光器Y向位置旋钮就可看到激光衍射光斑)

扫描探头的外形结构图

图3.6 扫描探头的外形结构图

然后调节探头四象限位置旋钮检测激光是否调节好,这时可以一边监视“光斑检测”窗口中光斑的位置一边来调整四象限探测器XY 旋钮,如果激光能量发生较大变化,则说明激光没有准确的打在探针悬臂的前端,需要重新调节激光器位置;如果激光能量没有发生变化,则说明激光准确的打在了探针悬臂的前端。
最后调节四象限位置旋钮使光斑的位置处于光斑检测十字框的最中间,调节探头上的四象限探测器X 旋钮,“光斑检测”窗口内的红色光斑会水平移动;调节探头上的四象限探测器Y 旋钮,“光斑检测”窗口内的红色光斑会垂直移动。然后再点击一次 按钮,停止检测并关闭窗口。

12
CCD使用方法

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜CCD使用方法

本仪器提供CCD观测系统,其光学放大倍数为10倍,光学分辨率可达到1um。可实时观测探针趋近样品和扫描时的情形,也便于选择定位感兴趣的样品扫描区域。该CCD装置使用的是大数值孔径定焦镜头,由于仪器出厂时CCD焦距是打在探针之上的,因此使用时基本无需调节焦距,如需观察探针之外的样品区域可通过调节控制面板上的物距控制按钮进行调节。当物距调到合适距离时,仪器操作面板上的显示屏中可观测到探针和样品的图像。如图3.7为CCD观测系统的控制按钮。

CCD物距控制按钮

图3.7 CCD物距控制按钮

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样品移动架使用

样品移动架使用

本仪器提供样品微米移动架,便于用户在使用时选择定位感兴趣的样品扫描区域,,如图3.8。样品移动架可移动待测样品在XY方向上的位置变化,采用精密微分头调节,样品移动位置的调节必须在探针趋近样品扫描之前,可以配合CCD观测系统一起使用。 

样品微米移动架

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常见问题

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜常见问题处理方法:

   1、图像出现漂移弯曲现象
    可能的原因:1)系统调节不正常,2)系统环境不稳定,3)样品制备没有达到要求,4)实验环境没有达到要求。
解决的方法:1)首先检查仪器的开机、调试过程是否按规范进行,接插件是否接插良好。2)一般开机30分钟以上,仪器可以正常工作,主要是达到仪器的热稳定性。3)检查样品制备是否按要求进行,衬底的平整度,样品的平整度,衬底和样品的清洁度。4)环境是否足够的安静、抗震动,另外环境的湿度也不能够太大。

2、实验图象中出现拉线现象
可能的原因:1)AFM接触模式作用力不够,2)扫描速度太快,3)反馈跟不上。
解决的方法:1)增加设置点的数值。2)降低扫描速度,一般建议扫描速度0.5~1.0Hz。3)增加反馈速度,增大积分参数,一般原则是在不引起共振的情况下,尽量加大积分数值,以保持反馈速度足够快。

3、图象中有多重结构或者多次重复的结构
    可能的原因:双针尖或者多针尖效应。
解决的方法:更换针尖。

4、图象出现一片白和一片黑
    可能的原因:1)扫描管Z方向已经漂出范围,2)实时图象处理选择,3)样品起伏过大。
解决的方法:1)检查Z方向电压是否在正常范围,通过调节使得Z电压显示正常。2)一般情况,实时图象处理选择线平均。3)更换扫描区域获更换新的样品

5、如何设置接触模式中的设置点?
   接触模式的设置点是样品与探针间作用力的大小,设置点为负值,一般设为-1~ -0.1之间,其绝对值
越大表明样品与探针间作用力越强,即探针压迫样品越紧。

6、如何选择不同的工作模式?
    原子力显微镜通常有两种工作模式:接触模式和轻敲模式。一般而言表面较硬的样品用接触AFM,
软样品或生物样品用轻敲AFM。大部分样品都适合用轻敲AFM,如果需要高分辨率时可用接触AFM。

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注意事项

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜注意事项
   1、欲得到更好的图像效果,本仪器可另行配备专业防震设备;
2、仪器工作时不可触碰或移动;
3、仪器运行时防止突然断电,也不可强行断电;
4、请勿在靠近会产生强大无线电波或射线的环境下工作;
5、特定频率的电磁场可能会影响扫描的图像; 
6、本仪器需要有接地连接。

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客户实验

  

   5um 石墨烯
  
  

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服务条款

苏州飞时曼精密仪器有限公司的FM-Nanoview6800原子力显微镜技术服务条款
1.验货
   仪器设备达到目的地后,供方工程师与需方人员共同开箱,并按合同要求检验清单所列整机配件,运输损失及可能部件缺失由供方解决。验货合格后由使用方出具相关收货证明。
2. 安装
   仪器设备安装由供方工程师现场进行安装,需方人员提供必要的协助。供方工程师有义务向需方讲解仪器安装和拆解的步骤、注意事项级安全常识。在此过程中由需方不慎造成的人为零件损失,公司需要更换的,将酌情收取相关费用。
3. 调试
   仪器设备的调试工作由供方工程师负责进行,计算机软件需要注册或提供用户ID号的,应由用户按手册提示进行,调试时需要检验所有合同规定的性能指标。
4. 培训
   供方工程师提供2天的技术培训周期,需方应指派二人预先熟悉仪器使用说明书内容,培训课程由供方工程师讲解理论知识、仪器操作、校准操作、日常维护保养及其他注意事项。经培训的人员应掌握仪器理论基础、仪器原理、结构和相关仪器功能,理解相关技术指标的意义,能较熟练地测试标准样品,熟悉测试其他样品的知识,掌握仪器标准操作,了解日常维护保养的知识。
5. 指标验收 
   由供方工程师配合需方人员操作仪器,检验通过合同要求的全部功能和技术指标,合格后由双方在仪器验收单上签字认可。需方对某项检验结果有异议的,须当天指出,并重新检验。
6.  质保期及售后服务
仪器自验收合格之日起,进入质保期,质保期为一年。仪器出现故障,卖方在接到用户通知后二十四小时内给予答复,四十八小时内给出解决方案并七日内派维修人员到达用户现场进行维修服务。保修期满后,卖方仍提供优惠维修服务;超过保修期的仪器整机或部件损坏,修复或更换后仅收取成本费用;终身免费技术咨询。

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产品相册

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