原子分辨率能谱技术在先进功能材料研究中的应用

从原子尺度揭示材料的微观结构及其对应的化学成分是深刻理解材料构效关系和进行材料宏观物性调控的前提和基础。基于球差校正扫描透射电子显微镜(Cs-STEM)能谱(energy dispersive X-ray spectroscopy,EDS)技术的原子尺度化学成像是目前研究固态晶体材料微结构及成分的一种强有力的工具。首先概述了原子分辨率EDS技术的基本原理和前沿技术进展,然后以原子分辨率EDS在揭示LaAlO_(3)-SrTiO_(3)铁电固溶体薄膜中原子尺度的成分梯度、SmNiO_(3)薄膜中三维Ruddlesden-Popper层错网络、Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)相变存储材料在热退火过程中的元素迁移、氧化物晶界处溶质的有序偏析和Cu-Zn-Sn-S热电陶瓷中独特的纳米畴结构为例,展示了该技术在先进功能材料研究中的应用场景和分析方法。最后,基于原子分辨率EDS技术的现状对其发展方向进行了展望。

新型AFM原子分辨率导电探针技术研究

目的制备新型导电探针,解决目前探针针尖曲率半径较粗、饱磁力大、调频困难、不容易得到高分辨图像等问题。方法向Si探针针尖蒸镀导电金属薄膜得到导电薄膜Si探针,镀Fe薄膜厚度约为几纳米,同时保证探针的曲率半径约10 nm。利用透射电镜观察和超高真空原子力显微镜扫描镀膜前后探针Na Cl(001)表面,分析其性能。结果自制的Fe薄膜Si探针由于蒸镀了金属薄膜,探针针尖性能稳定,Si探针扫描效果的悬挂键影响被消除,同时提高了系统的扫描分辨率。结论导电薄膜Si探针能够充分利用现有的仪器设备进行实验,具有造价低、使用简单、性能稳定等优点,可以作为将来磁交换力显微镜(MEx FM)的磁性探针来测试材料的表面磁信息。

原子分辨率晶体结构的高分辨电子显微学研究

本文以GaP{111}孪晶界面高分辨电子显微像为例,将解卷处理和动力学散射效应校正相结合的技术应用于晶体界面处显微像的研究。椭圆窗口作为一种新的手段用于含有面缺陷晶体的傅里叶滤波和衍射振幅校正。所用GaP{111}高分辨像的模拟参数对应于200kV场发射高分辨电子显微镜。经过图像处理之后,不同样品厚度的模拟像均转变成结构像,其中原子柱均显示在正确的位置上。对GaP进行解卷处理的临界厚度做了详细的讨论。

Cu在HOPG上电化学沉积的原子分辨ECSTM现场观测

电化学扫描隧道显微镜(ECSTM)因其能提供真实空间的原子分辨图象而成为现场研究电极表面结构的最强有力的手段之一。近来,欠电位沉积(UPD)得到日益广泛的研究,人们观察到了Cu在Au(111)和Pt(111)上的UPD层的原子结构。而在金属体相沉积的ECSTM研究中所得图象的分辨率较低。我们用ECSTM在控电位下对Cu在高序石墨(HOPG)

拓宽具有原子分辨率的ECSTM研究至多晶电极表面

Electrochemical Scanning TUnneling Microscopy (ECSTM) has been extended to characterizc polycrystalline silver electrode surfaces in iodide solution. Potential-dependcnt ordered and disordered structures of the silver electrode as well as the iodine adsorption layer have been obscrved to coexist on polycrystalline silver electrode surfaces, for the first time. A very special column arrangement of the iodine adsorption layer, similar to the so called "ndssing row" type of structure has been obseryed. Some columns of the iodine adsorption layer roll over from one place to another along with the time and changing potential. A proposed model has been given to better describe the structure. The highly corrugated and loose surface structure of the polycrystalline surface are responsible for this special phenomenon.

原子分辨的应变场测量与计算方法

材料在实际应用过程中往往处于应力状态,必定会导致其性能改变。因此,研究材料内部应变,实现材料应变分布的原子尺度高精度测量,可以有效建立微观结构-应变-物理性能的相关性,为材料实际应用提供必要的理论支撑。本文系统综述了应变测量和计算常用的几种方法;讨论了各种方法的适用范围、优缺点、精度以及准确度;并提出了一些进一步提升应变测量精度的方案,以期为应变测量和计算方法的发展提供参考。

原子分辨成像技术在锂离子电池电极材料中的应用

锂离子电池因其具有高的能量密度、高功率密度、长的循环寿命等优点而广泛应用于消费电子产品，如智能手机、笔记本电脑等。同时，一些新兴领域，如电动汽车和规模储能等，也表现出巨大的需求。如何进一步提高锂离子电池电化学性能以满足市场日益增长的储能需求已成为电化学储能领域面临的一个重要课题。

清华大学揭示真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构

据2017年2月11日《光明日报》报道，清华大学医学院颜宁研究组在《科学》在线发表了《真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构》的研究长文，在世界上首次报道了真核生物电压门控钠离子通道（“钠通道”）的近原子分辨率的冷冻电镜结构，为理解其作用机制和癫痫、心律失常等相关疾病致病机理奠定了基础。

施一公组首次报道人源剪切体原子分辨率结构

5月12日，清华大学生命学院、结构生物学高精尖创新中心施一公研究组于《细胞》（Cell）在线发表了题为《人源剪接体的原子分辨率结构》（An Atomic Structure of the Human Spliceosome）。这是第一个高分辨率的人源剪接体结构，也是首次在近原子分辨率的尺度上观察到酵母以外的、来自高等生物的剪接体的结构，进一步揭示了剪接体的组装和工作机理，为理解高等生物的RNA剪接过程提供了重要基础。

人γ-分泌酶的原子分辨率三维结构被揭示

[本刊讯]清华大学生命科学学院施一公研究组报道了分辨率高达0．34纳米的人体， γ-分泌酶的电镜结构，并基于结构分析研究了γ-分泌酶致病突变体的功能，为理解γ-分泌酶工作机制及阿尔茨海默症（AD）发病机理提供了重要基础。相关论文2015年8月18日在线发表于Nature杂志。

具有原子分辨率的x射线荧光全息术的数值模拟研究

根据x射线荧光全息术的成像原理 ,对体心立方晶系的Fe单晶进行了数值模拟 (包括荧光全息图及其重构像 ) ,在各个晶面 ( 0 0 1,0 10 ,10 0 )上得到Fe原子的像 ,与Fe的晶格模型的原子位置一致 ,表明运用这种x射线荧光全息术 。

利用场发射电子显微镜研究具有原子分辨的单壁碳纳米管的场发射

利用场发射电子显微镜（FEM）研究了组装在金属钨（W）针尖上的单壁碳纳米管（SWCNTs）的电子发射特性.透射电子显微镜（TEM）结果表明在W针尖上存在一单壁碳纳米管束.在适当的实验条件下得到了一组具有原子分辨率的FEM像,该像可能是从单壁碳纳米管束中突出的一根（16,0）锯齿型单壁碳纳米管开口端的发射形成的.理论计算了FEM图像放大倍数和分辨率.当压缩因子β的值设定为β=1.76时,FEM图像放大倍数的理论计算值与实际测量值相一致.利用考虑镜像力的Gcmer分辨率公式计算了FEM的分辨本领.在典型电场强度（ε=5.0 × 10V/cm）情况下,FEM的分辨本领可以达到 0.277 nm,这接近（16,0）型单壁碳纳米管开口端碳原子沿锯齿边的间距（0.246 nm）.这些进一步支持了实验得到的结果.

高分辨连续光源原子吸收光谱法测定煤中硫

提出一种用HNO3、HClO4和HF消解样品、高分辨连续光源原子吸收光谱法测定硫在富燃空气-乙炔火焰中形成的CS双原子分子的吸收来测定煤中硫的新方法。实验用含硫标准溶液和煤的标准物质优化了仪器条件,并用不同混合酸对煤样的消解方法进行了比较。对可能存在的光谱和化学干扰、有机溶剂对硫的化合物CS吸收的影响进行了研究。结果表明:除了Fe 258.045 nm线与CS 258.056 nm线的波长差小于0.015 nm外,其他元素干扰线与CS线的波长差均大于0.015 nm,因此可以通过仪器的高分辨率使这些干扰线与CS线分开,克服干扰;Fe 258.045谱线虽然不能与CS 258.056 nm谱线完全分离,但是该谱线在富燃乙炔空气火焰中的吸收强度很弱,不能形成真正的干扰;Pb与溶液中的SO42-反应产生Pb-SO4沉淀降低了CS的吸收,可在溶液中加入乙酸铵溶液,使SO42-从PbSO4沉淀中释放出来而消除铅的干扰;HNO3、HClO4对CS的吸收影响不明显;在研究的甲醇、乙醇、乙酸、乙腈和丙酮5种有机溶剂中,只有乙醇对CS吸收有较显著的抑制作用,丙酮和乙腈能显著提高CS的吸收。对于CS 3条吸收线(257.594,258.056,257.961 nm),硫校准曲线的线性范围均为50～1 000 mg/L,检出限分别为34 mg/L,21 mg/L,12 mg/L。本方法用于煤标准物质和煤层样品中硫的测定,测定值与认定值相符,测定结果的相对标准偏差在0.053%～0.082%间(n=5)。

氢化物发生-高分辨连续光源原子吸收光谱法测定食品中的汞和砷

使用氢化物发生-高分辨连续光源原子吸收光谱法对谷类、蔬菜、饮品、水产品和乳制品5类共22种常见食品中汞和砷的含量进行检测.建立样品预处理和连续光源原子吸收光谱法定量分析的方法,汞和砷的检出限分别为0.067、0.088 μg/L,加标回收率为97.0％～104.2％和96.4％～105.1％,相对标准偏差为0.8％～4.7％和3.5％～4.9％（n=6）.结果表明：全麦面、咖啡和4种海鲜类样品中的汞含量较高;韭菜、带鱼、贝类和虾中的砷含量较高.

高分辨快原子轰击质谱分析核苷类似物

本文应用高分辨快原子轰击质谱 ( HRFAB- MS)分析了 6个含有二个糖的核苷类似物 ,测定了它们分子离子和特征离子的精确分子量 ,并确定了其分子式。

高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定面制食品中的铝

使用微波消解-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定四种面制食品(挂面、饺子皮、油条和梳打饼干)中铝的含量。样品置于密闭聚四氟乙烯消解罐中经HNO3和H2O2混合溶液完全消解。对微波消解条件、灰化温度和原子化温度进行了优化。确定最佳实验条件为:消解液HNO3和H2O2体积比7∶1,微波功率1 000W,190℃消解40min;最佳灰化温度1 350℃;最佳原子化温度2 400℃;基体改进剂为1g.L-1硝酸镁。标准曲线相关系数为0.999 9,相对标准偏差(RSD)1.7%～2.4%,回收率98.16%～102.67%。本研究建立的面制食品中铝含量的测定方法对于相关食品标准检测方法的制定具有参考价值。

不完全消解-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定蔗糖中镉和铅

建立了不完全消解-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定蔗糖中Cd,Pb的方法。试验选择不完全消解作为样品的前处理方式,比较了几种常用的基体改进剂,发现磷酸二氢铵的影响显著,并且对吸收峰的峰形有显著改善。测定蔗糖中Cd,Pb分别为2.75,107.3ng/g,检出限分别为0.073,0.935ng/mL,加标回收率分别为94.3%,96.2%,本法的精密度(RSD)均小于4.0%。该方法快速、准确、稳定、污染少,具有较高的实用价值,为食品中多元素检测提供了科学依据。

微波消解-高分辨连续光源原子吸收光谱法测定锁阳和韭菜籽中的重金属元素含量

利用微波消解-高分辨连续光源原子吸收光谱法测定锁阳、韭菜籽两种中药材中铜(Cu)、铅(Pb)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)和汞(Hg)的含量.采用微波消解进行样品前处理,火焰原子吸收法测定其中的Cu含量,石墨炉原子吸收法测定Pb、Cd和Cr含量,氢化物发生原子吸收法测定As、Hg含量.方法线性关系良好,相关系数R^2大于0.999,加标回收率为95.61%~100.1%,RSD为0.8%~3.3%,测得锁阳和韭菜籽中Cu、Pb、Cd、Cr、As和Hg的含量值均低于《药用植物及制剂进口绿色行业标准》和食品安全国家标准《食品中污染物限量》(GB2762-2012)中规定的限量指标.方法分析速率快、干扰少、精密度高,适用于中药材中重金属含量的测定.

直接进样-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法快速测定葡萄酒中6种微量元素

建立直接进样-高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法快速顺序测定葡萄酒中Cu、Cd、Cr、Pb、Mn和Al6种微量元素的方法。通过选择合适的分析谱线和基体改进剂,有效消除了干扰。在选定的工作条件下,测出葡萄酒中Cu、Cr、Pb、Mn、Al的质量浓度分别为138.8 ng/mL、21.0 ng/mL、2.11 ng/mL、1.31μg/mL、4.82μg/mL(Cd的质量浓度低于仪器检出限),加标回收率分别为105.1%、99.4%、95.3%、102.4%、105.3%,精密度(RSD)均小于3.1%,Cu、Cd、Cr、Pb、Mn、Al的仪器检出限分别为1.22 ng/mL、0.077 ng/mL、0.287 ng/mL、1.53 ng/mL、0.614 ng/mL、1.54 ng/mL。该方法直接、快速、准确、稳定、无污染,具有较高的实用价值,为食品中多微量元素快速顺序检测提供了科学依据。