球差校正透射电镜技术探究SrTiO_(3)/SrTiO_(3)同质薄膜导电起源

通过脉冲激光沉积方法沿着SrTiO_(3)衬底(001)方向生长了SrTiO_(3)/SrTiO_(3)(001)同质外延薄膜,薄膜退火前为导电状态,在氧气气氛中退火后变为绝缘态。运用环形高角暗场像、环形明场像和能量损失谱等多种先进的球差校正透射电镜技术,从原子尺度分析薄膜表面和界面处的原子占位、电子结构以及氧空位等。研究发现,退火前薄膜表面存在TiO_(x)(1<x<2)重构层,退火后重构层仍然存在,但Ti的价态有所升高。同时,通过原子分辨率的能量损失谱分析对比了退火前后Ti和O的价态变化,发现:退火前薄膜表面和界面附近存在氧空位,薄膜表面的氧空位更多,退火后氧空位消失。因此,对于SrTiO_(3)/SrTiO_(3)同质薄膜来说,薄膜导电的起源主要为薄膜表面和界面附近氧空位的共同作用。

球差校正透射电镜简介

作为大型精密的微结构分析仪器,球差校正透射电镜广泛应用于化学、材料和生物等领域的前沿科学研究。本文介绍了球差校正透射电镜的原理、球差校正透射电镜技术在分析化学晶体结构中的应用,以及对结构化学课程教学的辅助促进作用。

用粒子群算法进行单个非球面透镜的球差校正

为设计出符合球差要求的单个非球面透镜,把粒子群算法应用到单个非球面透镜的球差校正中,构造相应的数学模型,并编程实现算法.设计关于非球面高次多项式的顶点曲率半径,高次多项式各项系数,透镜面之间的距离和玻璃折射率等光学系统结构参数的适应度函数,用这个函数作为评价函数,实现对球差的自动校正.给出用粒子群算法进行单个非球面透镜设计的实例,结果证明:粒子群算法用于非球面透镜的球差校正简单有效,能同时校正不同入射高处的球差,且容易发现一系列好的设计结果.从实际光学设计角度呈现使用这种方法进行单个非球面透镜的自动设计分析.

α-Cu_2Se精细结构的球差校正扫描透射电镜表征

目前学界对Cu_2Se低温α相的结构仍未认识清楚,而解决这一问题对理解Cu_2Se在相变过程中热电性能提升等特性具有重要意义。本文首次报道了由球差校正扫描透射电镜(STEM)拍摄到的沿■带轴的原子级分辨率高角环形暗场(HAADF)像,揭示了由Se原子以多种形式有序起伏产生的复杂结构。结合电子衍射图谱,分析了包含不同层数、通过相互组合构成α-Cu_2Se晶体的多种结构变体。使用QSTEM软件对构建的结构变体进行高分辨图像模拟,得到了与实验对应的HAADF像。该工作为更全面地理解α-Cu_2Se的结构提供了新的重要信息。

基于球差校正扫描透射电镜的快离子导体β-Ag2S中Ag占位表征

目前学界对β-Ag2S快离子导体中Ag原子占位仍未认识清楚,而这一问题对理解β-Ag2S的导电机理等特性具有重要意义。本文首次报道了基于球差校正扫描透射电镜(STEM)的β-Ag2S快离子导体中Ag原子占位表征。沿[100]β、[110]β、[210]β和[111]β方向的原子级分辨率高角环形暗场(HAADF)像与QSTEM软件高分辨模拟图像对比结果表明Ag原子在6(b)、12(d)和24(h)三类间隙均有分布。原位加热实验结果表明,当温度上升到300℃时Ag原子占位并未发生明显变化。本文为理解β-Ag2S的结构提供了直接的重要信息。

VO2(A)相变过渡态的球差校正扫描透射电镜原位观察

作为一种具有金属-绝缘体转变的固态相变材料,VO_2一直以来都受到研究人员的密切关注,但关于亚稳相VO_2(A)的研究却较少。本文报道了在球差校正扫描透射电镜(STEM)原位加热实验中,观察到的VO_2(A)纳米线从高温相到低温相转变过程中的过渡状态。提出了VO_2(A)相变过程中在(001)原子层中,层内转变优先于层间转变的机理。该工作为更全面地理解VO_2(A)的相变提供了新的重要信息。

球差校正扫描透射电子显微镜(ac-STEM)探测单原子催化中的活性中心（英文）

近年来,"单原子催化"逐渐得到人们的认可与关注,成为催化领域新的前沿与热点之一.高分辨扫描透射电子显微镜(STEM),特别是带有球差校正(ac)的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(ac-STEM-HAADF)是唯一能够直接"看到"催化剂中单个原子的工具.在单原子催化的发现、单原子催化剂的开发、催化剂制备的优化、以及单原子催化机理的理解方面具有举足轻重的、甚至是不可替代的作用.本文首先简述了早期的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)逐步发展成目前的ac-STEM-HAADF的过程以及过程中各种电镜在单原子观察中的功能.然后综述了ac-STEM在单原子成像、检测单原子分散度及改进催化剂制备参数、检测单原子催化剂中单原子的配位及催化活性中心中的应用及其机遇与挑战.1990年代后期在透镜相差校正领域技术的突破使STEM的分辨率显著提高,因此STEM的单原子成像灵敏度得到明显改善,因而能够对实用催化剂中的单个重原子进行具有很好相衬度的常规检测.2000年代末期刘景月课题组开始进行系统的单原子催化剂合成与表征,表明ac-STEM-HAADF毫无疑问地能够进行实用催化剂中的单个金属原子的常规检测.随后与张涛课题组合作启动了一项采用简便可放大的共沉淀法制备单原子催化剂的项目并取得成功.相比于光谱表征提供样品平均与整体信息,电子显微镜能够提供具有空间分辨的局部信息.对于含有从微米到纳米不同级别不均一性的多相催化剂而言,该技术尤其具有价值.除了能够提供负载金属单原子的空间分布与分散度信息外,如果载体是晶体,ac-STEM-HAADF还能够提供每个金属原子相对于载体表面的空间配位信息.而对于非晶载体例如活性炭、无定型氧化硅等,则以上信息全部丢失,只能提供负载金属原子的空间分布与分散度信息.电子显微镜面临的最主要挑战在于电子束辐射效应:高能电子与样品作用会导致表面金属原子的迁移、表面官能团的消失或改变以及损坏样品等;还会引起环境电镜中气体的离子化.对于大多数催化剂而言,采用低能量电子束能够有效减少电子束辐射影响.由于电子束影响,目前还难以对单原子催化剂进行X射线能量色散谱和电子能量损失谱的常规检测,需要开发更加高效的检测器.此外,电子显微镜只提供三维材料的二维投影,因此在成像过程中不但三维信息丢失,而且对二维投影的解释也具有挑战,因此需要开发具有原子分辨率的三维成像技术.为了更好理解催化剂的制备和催化反应过程,也亟需发展具有单原子分辨率的环境电镜.

磁六极球差校正系统的计算与分析

限制电子显微镜分辨本领的主要因素是电子透镜的球差，对一种实际的校正磁透镜的磁六极球差校正系统进行了计算和分析。计算结果表明利用该系统可以消除三级球差。

用球差校正扫描透射电镜研究人工时效7075铝合金的耐蚀性

使用先进的球差校正扫描透射电子显微镜研究人工时效7075铝合金耐腐蚀性增强机制。通过阻抗谱、等效电路分析、极化测量和浸泡试验,研究人工时效7075铝合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明,人工时效时间越长,7075铝合金的耐腐蚀性越好。这可能归因于扫描透射电镜技术揭示的以下显微组织特征:在过时效条件下,晶界处的铜偏析有助于延缓晶间腐蚀,在Al_(18)Mg_(3)(Cr,Mn)_(2)分散体表面形成的Mg(Zn,Cu)_(2)沉淀有效地将作为腐蚀阴极的分散体与铝基体隔离。这项研究证明,可以通过适当的合金化和人工时效来设计耐腐蚀合金的可能性。

球差校正高分辨电子显微像的像衬和解卷处理

本工作将赝弱相位物体近似像衬理论延伸至球差校正高分辨电子显微像,分析了球差校正像的衬度随样品厚度的变化规律。指出非Scherzer聚焦条件下球差校正电镜拍摄的高分辨像仍未必反映晶体结构,讨论了解卷处理方法应用于球差校正像的有效性,并以有I2型层错的GaN晶体为例,借助像模拟肯定了解卷处理能用于复原原子分辨率晶体缺陷的结构像。

基于FIB-SEM制备尖晶石微米颗粒的球差校正透射电镜样品

针对尖晶石微米颗粒材料,利用聚焦离子束扫描电镜双束系统(FIB-SEM),在传统透射电镜样品制备方法的基础上进行技术性改进,成功制备了高质量的球差校正透射电镜样品。并利用球差校正透射电镜成功观察到了尖晶石颗粒的截面原子结构,为更深入地研究尖晶石材料的结构和性能奠定了基础。

当谈论球差校正透射电镜时,我们在谈论什么?

透射电子显微镜(简称透射电镜)是能够直观分析材料微结构的最重要工具之一。在透射电镜近百年的发展历史中,近些年来球差校正透射电镜的研发与应用乃是最具革命性的发展,不但进一步延伸了通向微观世界之路,更为材料科学的快速发展提供了关键的工具与研究方法。文章通过介绍球差校正透射电镜的原理、优势、应用及发展,来回答“什么是球差校正透射电镜”,“球差校正透射电镜有什么突出作用”,“球差校正透射电镜除了拍原子还能做什么”这三个问题。

加氢催化剂活性相形貌结构认识与研究进展

基于已被广泛接受的Co(Ni)-Mo(W)-S活性相模型,借助透射电子显微镜观测到的片晶形貌结构,对加氢催化剂开展了较系统的构效关系研究,发现加氢催化剂的活性相形貌结构与催化剂性能紧密相关。随着表征技术的发展,通过球差校正扫描透射电子显微镜等技术可以观察到单原子和金属簇等更精细的结构信息,因而有必要进一步系统地研究单原子、金属簇和片晶等典型形貌结构之间的相互关系及其对催化剂性能的影响,从而进一步明确理想的活性相结构特点,并为新型加氢催化剂的高效研发提供理论依据。

Pt-Sn工业重整催化剂失活过程金属分散性的原子尺度表征

重整催化剂活性铂原子的表面分散特性与催化剂的活性密切相关。借助球差校正扫描透射电子显微镜(Cs-STEM),针对金属Pt、Sn质量分数均为0.3%左右的低负载量的工业Pt-Sn/γ-Al_(2)O_(3)重整催化剂,采用STEM方法研究了不同工业状态下Pt原子在催化剂载体表面的分散特性。结果表明:新鲜催化剂中活性元素Pt以单原子或小原子簇形式分散,催化剂失活的过程是活性Pt原子不断聚集的过程;当Pt-Sn金属聚集体尺寸大到不能再生分散时,则催化剂活性无法恢复。本研究从工业剂角度给出了金属原子分散性与催化剂性能的构效关系。

α⁃Cu_(2)Se的显微缺陷结构

本文利用球差校正电镜对Cu_(2)Se低温α相的显微缺陷结构进行精细表征。α⁃Cu_(2)Se呈层状特征,其中Se构成了刚性亚晶格,Cu离子有序填充于{111}c晶面之间形成了交替分布的富Cu层和贫Cu层。层间滑移是导致超结构出现的主要原因。在Cu_(2)Se从高温β相到低温α相的结构转变过程中,由于对称性破缺和Se刚性亚晶格的保留,Cu离子在不同区域的有序性差异使得α⁃Cu_(2)Se中存在大量共格连接的畴结构。实验结果有助于更全面地理解α⁃Cu_(2)Se的显微缺陷结构。

Pt-Sn/γ-Al_(2)O_(3)工业失活重整催化剂的微观结构研究

采用多种表征手段对工业失活Pt-Sn/γ-Al_(2)O_(3)型PS-Ⅴ重整催化剂的载体形貌与微观结构,活性金属位置、尺寸与聚集状态等信息进行了深入表征。X射线衍射光谱表征结果显示失活剂载体结构完好,与新鲜剂无明显差异,但高分辨透射电子显微镜图像表明失活剂中载体部分转化为蜂窝状或片状结构的α-Al_(2)O_(3);透射电子显微镜观测结果表明活性金属形成了大量的Pt-Sn合金聚集体,尺寸在20~150 nm之间,统计平均尺寸为50 nm左右;球差校正扫描透射电子显微镜(Cs-STEM)观测结果表明未聚集的Pt原子在载体表面依然呈现原子级分散特性;CO探针原位红外光谱表征结果表明失活剂中Pt金属形成聚集。同时从载体和金属两方面深入分析了工业失活剂微观结构,给出了其结构变化与催化剂性能下降之间的构效关系。

透射电子显微学的新进展Ⅰ透射电子显微镜及相关部件的发展及应用

本文综述了透射电子显微镜(TEM)及相关部件,即场发射枪(FEG)透射电子显微镜、慢扫描电荷耦合器件(SSCCD)、球差校正器、单色器及高能量分辨率的新一代能量过滤成像系统的发展及应用。商业化的UltraScan1000SSCCD的读写速度已达4MHz,接近实时观察图像的目标;已生产出用于TEM和STEM的球差校正器,可把CM200FEGTEM的球差系数从常规的1 23mm调整至+2mm～-0 05mm之间的任意值;单色器可把肖特基场发射枪发射电子的能量分散从0 6～0 8eV减少至0 04～0 1eV;新一代能量过滤成像系统HR GIF可把能量分辨率从0 8eV提高至0 05eV。配有单色器、球差校正器、HR GIF的新一代场发射枪透射电子显微镜可提供亚埃的空间分辨率和亚电子伏特的能量分辨率,为研究物质的原子 电子结构提供了可靠的保证。

三维光数据存储的分析与计算

三维多层光折射数字存储是一种新型的高密存储技术,对于克服目前的光存储系统的容量限制具有很大的潜力。文章用埃瓦得球结构分析了此种存储方法的横向与纵向带宽,从而在空域内计算了存储的密度。存储容量可以达到1Tb/cm3,用于光通信系统中是可行的;根据该存储系统在更深层聚焦时产生的球差,提出了一种全息校正装置。

透射电子显微镜技术在固态锂电池界面研究中的应用

固态锂电池因高能量密度、高安全性、宽工作温度、长循环寿命及可弹性设计等诸多优点而受到广泛关注。但是界面反应、接触失效和锂枝晶生长等界面问题严重制约了固态锂电池的发展和应用,亟需采用先进的透射电子显微镜技术对固态锂电池界面结构、形态、化学和电子状态进行深入研究。本文概述了电子能量损失谱、球差校正和电子全息等先进技术对固态锂电池界面电荷转移、电位分布和锂枝晶生长等界面问题进行原位和非原位表征的研究进展,并展望了未来透射电镜技术在固态锂电池界面研究领域的发展方向。