电子显微术在原位金属基复合材料界面研究中的应用

原位金属基复合材料的增强颗粒是在基体中原位生成,因而增强颗粒和基体间不存在界面反应,两者间为直接的原子结合。界面对原位金属基复合材料的性能有着重要的影响。本文综述了扫描电子显微镜、普通透射电子显微镜、高分辨电子显微镜和电子能量损伤谱仪等现代电子显微技术在原位金属基复合材料界面研究中的应用及部分研究结果。利用现代电子显微技术和先进的实验方法在原子尺度上对界面的精细结构、结合方式、界面缺陷、界面稳定性及其影响因素等进行研究,从而在较深的层次上认识原位金属基复合材料的界面,对在该领域做进一步研究探讨起到促进作用。

《电子显微学》课程教学改革研究

电子显微学是用电子显微镜研究物质微观形貌、晶体结构和化学成分的一门学科,也是材料类本科生必须掌握的一门学科。由于电子显微镜昂贵、使用时间紧张、场地环境等因素的限制,大多数电子显微学的本科教学只能在课堂进行。因此,为了提升电子显微学的本科实践教学水平,我们综合分析了电子显微学课程在本科教学中存在的问题,对教学内容和教学过程进行了探索,提出了多种考核方式相结合的评价机制,为学生能够学好电子显微学和熟练掌握电子显微镜的操作流程提供切实可行的教学模式。。

无相互作用自由空间电子光学与量子电子显微镜

本文围绕着生物等敏感样品的高分辨透射电子显微成像展开,从电子显微成像等方面论述了透射电子显微镜在敏感样品领域的发展,重点介绍了基于无相互作用测量(IFM)的量子电子相干成像机理,分析了自由空间电子光学中电子IFM对耦合相干电子源和耦合电子传输的要求,量子机制和电子显微镜相结合建立的量子电子显微镜能够从本质上解决高能电子辐照对生物等敏感样品的损伤,将成为敏感样品高分辨无损检测发展史上的里程碑。

原子力显微镜-扫描电子显微镜共定位表征系统的研发与应用

微纳加工过程中,常有样品需要进行聚焦离子束(FIB)溅射、切割,扫描电子显微镜(SEM)以及原子力显微镜(AFM)表征,而这三类仪器都需要将样品固定在样品台上才可测试,固定不佳会影响表征结果.但固定好的样品在不同仪器之间转移、拆卸、再固定的过程中极易受到破坏.基于以上问题,设计了AFM-SEM-FIB样品共定位系统,可实现样品在此三种仪器之间的无损转移及共定位,避免珍贵样品破坏及目标丢失,以及解决AFM扫描无法控制方向、迅速调整位点等问题.在微纳表征中有优异的表现,系统已被开发成产品并量产销售.

竹纤维柱辅助断裂法在制备水凝胶冷冻扫描电子显微镜样品中的应用

冷冻扫描电子显微镜(cryogenic scanning electron microscopy,cryo-SEM)是观察样品含水状态下真实微观形貌不可替代的分析手段,其中样品的冷冻断裂步骤是获得理想测试结果的关键步骤之一.水凝胶样品由于含水量丰富,质地柔软难以成形,在利用常规冷刀断裂方法进行冷冻断裂时,存在难以获得理想断裂面、断裂效率低等问题.因此创新性地提出了一种竹纤维柱辅助断裂方法,在样品冷冻固定前,将细小的竹纤维柱插入水凝胶样品顶端.冷冻断裂时,冷刀不直接作用在样品上,而是通过撬动与样品相连的竹纤维柱,实现样品与纤维柱接触部位的冷冻断裂.可轻松获得大范围可观测断裂面,且样品应力损伤小,无表面样品碎屑干扰,还可实现多个样品一次性同时断裂,是一种高质、高效的水凝胶冷冻断裂方法.

慕课背景下材料科学与工程专业大型仪器实验教学模式探究——以透射电子显微镜为例

大型仪器在材料科学与工程专业中具有重要的地位,正确合理地使用大型仪器可以促进科学研究的快速发展。由于大型仪器比较昂贵,传统线下实验课教学以课堂讲解和演示为主,导致学生的学习效果不理想。因此,为了更好地开展实验课教学,近年来各大高校逐渐将慕课教学引入实验课教学中。本文以透射电子显微镜为例,提出开展大型仪器线上线下混合式教学模式,学生先利用慕课资源进行理论学习和模拟操作,随后再开展线下实验操作,以培养出同时具有扎实理论知识和良好操作技能的学生。

固体科学中的电子显微学

电子显微镜自1932年问世以来,经过半个世纪的发展,不但作为显微镜主要指标的分辨率已由开始时的一百埃提高到2—3埃,可以直接分辨原子,并且还能进行毫微米(10埃)尺度的晶体结构及化学组成的分析,成为全面评价固体微观特征的综合性仪器。电子显微镜在固体科学中的应用经历了三个高潮:首先是50～60年代的薄晶体中位错等晶体缺陷的衍衬象的观察;其次是70年代的极薄晶体的高分辨结构象及原子象的观察;还有就是近几年来兴起的分析电子显微学,对几十埃区域的固体,用X射线能谱及电子能量损失谱进行成分分析以及用微束电子衍射进行结构分析。这些成就无疑地将推动包括固体物理、固体化学、固体电子学、材料科学、地质矿物、晶体学等学科在内的固体科学的发展。

基于现场可编程门阵列的电子显微图像处理关键技术

基于现场可编程门阵列的电子显微图像处理,以便携式心电图仪为例,应用现场可编程门阵列的电子显微图像处理技术,提升医学信号检测和处理能力,为医院、科研院所、企事业单位等在电子显微图像资料获取及使用方面提供有力支持,为相关工作开展提供借鉴。

JEM-1400透射电子显微镜在纳米材料测试中的应用

以JEM-1400透射电子显微镜为例,介绍了透射电镜的基本结构、工作方式、电子光学成像原理及分辨率、放大倍率等基本概念,探讨了影响纳米材料样品高质量成像的因素及对策。从灯丝高度及束流强度调试方面讨论了提高材料样品分辨率的可行性:基于灯丝像,通过调节灯丝饱和度和偏压,使灯丝发射量达到15μA;在保证灯丝寿命的前提下,分辨率从过去的200 nm提高到10 nm以下。

三元层状正极材料中位错演变的电子显微分析

锂电池层状过渡金属氧化物正极材料在循环过程中发生的体相衰退备受关注,但对其发生衰退的机理仍缺乏深度的理解。位错作为一种常见线缺陷普遍存在于原始和循环后的层状正极材料中,对材料的循环稳定性以及其它缺陷的产生(比如裂纹等)有重要影响,因而也对层状正极材料的电化学性能有重要影响。基于此,本文通过先进透射电子显微镜,从原子尺度揭示了层状正极材料中常见的三种不同类型位错(003)刃位错、(102)刃位错和(003)螺位错的原始构型及其在充放电循环后的演变。作者发现(003)刃位错的位错核在循环后会发生明显的晶格重构,而(102)刃位错和(003)螺位错具有稳定的位错核结构。电镜观察的统计结果表明(003)和(102)刃位错均可诱发裂纹产生。然而,(003)刃位错区域发生的重构,一方面会阻碍锂离子的扩散,影响其电化学性能;另一方面可以有效地钉扎位错滑移和裂纹形核,对材料的稳定性有积极的作用。研究结果有助于深入理解位错等缺陷对锂离子存储与迁移,以及正极材料稳定性的影响,对电池材料中的缺陷进行精准调控可以进一步改善其综合性能。

AZ91镁合金中变形孪晶与析出相交互作用结构的电子显微学研究

本文综合利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)及高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM)电子显微表征技术,对冲击变形时效AZ91镁合金中变形孪晶与β⁃Mg17Al12析出相交互作用引发的变形结构进行了观察和表征。结果表明:(1)β析出相阻碍{1012}孪晶生长使其界面形成台阶结构导致孪晶板条呈现粗细不均的形貌,更严重的交互作用可导致孪晶界发生大角度弯折,同时诱发基体中扭折带的形成以协调孪晶变形;(2){1011}孪晶与β析出相的交互作用会产生局域应力集中,导致连锁诱发{1012}孪晶形核,表明孪晶与析出相的交互作用可以促进孪晶形核。

环境扫描电子显微镜的特性及应用概况

简要叙述了环境扫描电子显微镜的原理,着重介绍了它的特性和在国内外应用的概况。与普通的扫描电子显微镜相比,它具有能直接检测不导电样品和含油含水样品的独特性能,为扫描电子显微镜的应用开拓了新的领域。

电子显微技术应用于生物纳米材料表征与测试的研究进展

该文简述了电子显微技术的发展历程,并介绍了现代电子显微镜的新功能。针对生物纳米材料理化性能与功能应用的特殊性,结合研究实例,重点阐述运用电子显微结构表征与原位分析测试技术指导构建新颖纳米结构、揭示材料与细胞/组织相互作用并发挥功能的机制。并在此基础上,展望了电子显微技术在生物纳米材料研究领域的发展方向(大尺寸图像拼接、三维重构、动态原位实时成像)。

体电子显微学前沿

电子显微成像技术的快速发展使得对完整细胞、组织乃至整个机体进行高分辨三维结构解析研究成为可能,这些可进行大尺度生物样品三维结构研究的电子显微成像技术统称为体电子显微学技术(volume electron microscopy,vEM)。近年来,v EM在研究尺度、分辨率、吞吐量和易用性等方面发展迅速,在整个生命科学领域的应用呈爆炸式增长,该技术因此被《自然》(Nature)评为2023年最值得关注的七项前沿技术之一。然而,vEM相关技术的发展和应用在国内起步较晚,亟待进一步推广。本综述涵盖了vEM的发展历程、技术分类、样品制备、数据收集、图像处理等全方位的内容,便于生命科学、医学等领域研究人员去了解、学习、应用和进一步发展该技术。

用于超快扫描电子显微镜的光发射电子枪及电子光学模拟

超快扫描电子显微镜将泵浦探测技术与显微成像相结合,能够实现高时空分辨率下光诱导表面电荷动力学的可视化研究,对于半导体表面态以及光电器件的高分辨检测具有非常重要的意义.本文基于首台全国产化超快扫描电子显微镜的研制工作,阐述了将热发射电子枪改造成光发射电子枪后的参数化设计,定量分析了偏压,阴极、韦氏极、阳极的空间位置与交叉点位置、大小、发散角的依赖关系.分析结果显示,当韦氏极与阳极位置从8 mm调整到23 mm后,通过将灯丝深度从0.65 mm调整至0.45 mm,配合偏压调节可以实现热发射高分辨成像、低工作电压以及光发射的正常使用.此外,也分析了反射镜分布对电子光路的影响,发现当阳极高出反射镜1.4 mm后,图像畸变几乎消失.还研究了偏置电压对脉冲光电子在时域上的影响,结果表明随着偏压的增大,光发射的时间零点会推后且时间展宽变大.这些工作将为后续超快电子显微镜的发展及光发射电子源的设计奠定基础.

扫描电子显微镜试样制备对石墨烯形貌观察的影响

以石墨烯、氧化石墨烯、还原石墨烯为研究对象,考察了扫描电子显微镜试样制备对石墨烯形貌观察的影响,包括喷镀金属对粉末试样的影响以及分散基底对石墨烯溶液试样的影响。实验结果表明,针对石墨烯和还原石墨烯等导电性能好的粉末试样,不需要喷镀金属以增加导电性,将粉末试样简单制备后直接进行观察即可获得良好的效果;对于导电性较差的氧化石墨烯及石墨烯衍生物,可以选用喷镀铂的方式增加粉末试样的导电性,但要注意电流不宜过大,时间不宜过长,否则将影响喷镀效果,难以还原试样的真实形貌;将石墨烯溶液试样分散在单晶硅片和单面铜胶带上,均可在不喷镀金属的条件下获得良好的表征效果,因此单晶硅片以及导电性更好的单面金属胶带均可作为石墨烯溶液试样的分散基底。

电子显微技术在昆虫学研究中的应用及进展

本文概述了电子显微镜的结构、分类与用途,并简介透射电子显微镜、扫描电子显微镜、反射电子显微镜和发射电子显微镜的工作原理,综述电子显微技术在昆虫触角、单眼与复眼、口器、发声器、外生殖器、不同虫态体表特征、内部器官、分类以及病理学等方面的应用与研究进展。基于对已有文献的综合分析,提出建议:在条件许可的情况下,今后的昆虫学研究应拓展视野,引入冷冻电子显微镜技术;开发可对活体昆虫进行电子显微学观察的技术与方法,使研究工作更加切合实际;在注重超微结构研究的同时,协同采用电化学、酶学与放射性示踪等技术手段,探明昆虫各种感器、发声器、生殖器超微结构与生理功能的关系,为有害昆虫的综合防控与资源昆虫的开发利用提供支持。

电子显微镜在农业上的应用及进展

随着现代生物技术研究方法的深入,电子显微镜技术在农业上的应用也将进一步发展。就扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)在农业领域的应用及其发展进行了综述,以期为进行这方面研究提供资料。

蘼芜水热合成碳量子点的透射电子显微镜结构表征

运用透射电子显微镜技术(transmission electron microscopy,TEM)观察分析了以植物蘼芜为碳源,通过水热法合成的CQDs(carbon quantum dots,CQDs)的结构.针对TEM明场像中CQDs衬度弱而难以观察的问题,利用高角环形暗场扫描透射技术(high angle annular dark field-scanning transmission electron microscopy,HAADF-STEM)在铜网中快速定位CQDs.相应区域的明场像显示CQDs形貌为不规则多边形,尺寸约3 nm.通过高分辨透射电子显微镜技术(HRTEM)及相应的快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT),观察到具有六次对称性的晶格条纹(0.21 nm)和衍射斑点,以及石墨π键的层间距(0.34 nm),讨论了CQDs特征晶面指数的指标化方法.晶格结构分析结果表明,CQDs为晶态六方相类石墨烯结构.