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.

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。

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。

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。

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.

基于虚实结合的混合式实验教学方法探索与实践——以“扫描电子显微分析实验”课程为例

扫描电子显微镜作为高等院校检测和分析材料的一种重要大型精密仪器,在材料科学中具有非常广泛的应用价值。针对传统实验教学中存在的诸多问题,通过虚拟仿真技术开发了扫描电子显微分析虚拟仿真实验教学系统,探索并实践了以虚拟仿真实验教学和实体实验教学有机结合的混合式实验教学方法。突破传统实验教学中时间、空间及教学方法的局限,丰富了实验教学内容和手段,激发教师的教学活力,调动学生的学习兴趣和积极性,切实提高实验教学质量,助力材料类专业对兼具创新意识和实践能力创新型人才的培养。

基于气体吸附和扫描电子显微镜分析天然和无机结合剂充填处理绿松石的孔隙特征

绿松石为一种多孔的宝石材料,孔隙度可以直接影响其物理性质,如颜色、光泽、耐久性等,从而影响绿松石的品质,故孔隙度的研究工作至关重要。气体吸附法可以测得绿松石中的介孔(2~50 nm)以及不同孔径的孔隙的分布特征。采用Bet全自动气体吸附仪及扫描电子显微镜对无机充填处理前后绿松石样品的孔隙特征进行了对比。气体吸附测试结果显示,经过充填处理后绿松石的比表面积及孔容都有一定程度的变化,吸脱附曲线属于第Ⅲ类无滞后回线的曲线;平均孔径分布图显示各级孔隙在一定程度上减少,大的孔隙被无机充填物充填为小孔隙,但处理过程中也会出现较小孔径被腐蚀成大孔径的现象。扫描电子显微镜观察结果显示,处理前后绿松石的微晶集合体形貌、晶体特征以及孔隙度结构有较大的变化;结合计算,经无机结合剂充填处理后绿松石的表面孔隙率明显降低,其与处理前的天然绿松石中的孔隙是一端封闭且不贯穿的孔隙,符合吸脱附曲线表征的孔隙形状;微形貌特征的明显差异可以作为无机结合剂充填处理绿松石与天然绿松石的有效判别依据之一。

基于自监督学习实现电子显微图像降噪

在电子显微镜的表征工作中,噪声可以掩盖或者干扰有用的信号并对后续研究造成不可忽视的影响。本文提出了一种使用自监督深度学习技术对电子显微图像进行降噪的新方法,该方法搭建了基于U⁃Net的新型降噪神经网络模型,利用最大模糊池化以及注意力机制提高降噪能力。最后,本研究通过多种电子显微实验数据验证了所提出方法的有效性。相比有监督学习,本方法更适合难以获得干净数据的电子显微图像场景,此外,本方法比传统机器学习拥有更好的降噪效果和效率。

《电子显微学报》征稿简则

《电子显微学报》是中国物理学会主办的学术刊物,主要刊登电子显微学和其他新兴显微学的理论研究、仪器研制生产以及在生命科学、材料科学、纳米科技、医学、金属、地质、化工、半导体等应用方面的学术论文,及时反映我国显微学领域的最新科研成果。面向的读者是从事上述领域的科学工作者、工程技术人员与大专院校师生等。

基于微流控芯片的时间分辨冷冻电子显微镜新方法

据Bhattacharjee S 2024年2月1日[Cell,2024,187(3):782-796.e23.]报道,美国哥伦比亚大学研究人员开发了基于微流控芯片的时间分辨冷冻电子显微镜方法,并揭示了Hfl X介导的核糖体回收动态路径。所有生命过程都涉及细胞中分子之间的相互作用。例如,核糖体是一种由蛋白质和RNA组成的巨大分子机器,在将遗传信息翻译成蛋白质时与转运RNA(tRNA)和多种蛋白质因子相互作用。

《电子显微学报》征稿简则

《电子显微学报》是中国物理学会主办的学术刊物,主要刊登电子显微学和其他新兴显微学的理论研究、仪器研制生产以及在生命科学、材料科学、纳米科技、医学、金属、地质、化工、半导体等应用方面的学术论文,及时反映我国显微学领域的最新科研成果。面向的读者是从事上述领域的科学工作者、工程技术人员与大专院校师生等。《电子显微学报》为双月刊,国内外发行,是国家自然科学核心期刊,中文核心期刊要目总览(中文核心期刊),中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊),中国科学引文数据库(核心期刊)(CSCID)和中国学术期刊综合评价数据库的源期刊。《中国期刊全文数据库》、《中国学术期刊(光盘版)》全文收录,美国化学文摘CA和俄罗斯文摘杂志AJ收录。

扫描电子显微镜和能谱仪在玻璃结石成分分析中的应用

玻璃中常见各种结石缺陷,利用透反偏光显微镜可以初步判定玻璃结石的种类,但无法分析结石的成分,且处理样品效率较低。以硅质析晶结石、铝质耐火材料结石、锆质耐火材料结石为例,利用扫描电子显微镜和能谱仪分析结石,可以快速测定结石成分,辨别结石种类,进而推断结石形成的原因。采用该方法可及时准确调整生产,解决玻璃生产中产生结石问题。

扫描电子显微镜对于表面截面同时需求类样品的测试方案研究

本文针对在扫描电子显微镜测试中具备表面和截面双重需求,同时属于块体或薄膜状、需避免损坏的弱导电性样品提供一种简单而高效的测试方案。该方案可以减少金属喷涂的次数和资源损耗,并有效地防止在样品制备和测试过程中对样品造成损害。通过这一方案,我们旨在提高测试的效率和准确性,为扫描电子显微镜分析提供更为可靠的样品测试方法。

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。

扫描电子显微镜虚拟仿真实验设计与教学实践

扫描电子显微镜虚拟仿真实验与武汉科技大学优势专业紧密结合,从微观(μm或nm)尺度研究材料的属性.采取虚实结合的层次化实验教学,线上线下相结合的个性化实验教学模式,模块化实验环节.采用“进阶交互式”教学方式,根据学生设定的参量提供基于真实仪器的反馈和相应的实验数据,培养学生的实验思维体系.采取“重点过程”与“结果”相结合的多元化评价体系,深化一流仿真实验教学的内涵,提高学生的实验操作能力和专业英语水平,激发教师进行教学改革.

透射电子显微镜在材料学专业教学中应用研究

材料学非常注重理论与实践教学,理论教学中提到材料结构演化会与其物理性能间存在紧密关联;通过分析仪器的实践教学辅助加深学生对材料的理解很重要。透射电子显微镜由于拥有高时空分辨率和能量分辨率,可实时观察材料的微观尺寸结构变化,是材料学专业实践教学中重要的大型分析仪器。本文以透射电子显微镜在锂离子电池材料研究中应用为基础,探讨了透射电子显微镜在实践教学中的作用,为学生后期从事的科研事业打下一定的基础。

基于扫描电子显微镜制样的不同干燥方法对棉花和水稻幼苗叶片制备的差异分析

选取棉花和水稻的幼苗叶片为研究对象,利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观察两种不同作物叶片经烘箱干燥法、自然干燥法、临界点干燥法和真空冷冻干燥法处理后的叶表面微观形态,比较不同干燥方法对棉花和水稻叶片表面微观结构的影响。结果表明:含水量为8346%棉花叶片经烘箱干燥法和自然干燥法处理后,叶片近轴面和远轴面均发生严重皱缩现象,采用临界点干燥法和真空冷冻干燥法处理后叶片形态特征较为自然,呈现出较真实的表面特征,尤其是临界点干燥法;含水量为7473%水稻叶片经四种不同干燥法处理后,其叶片表面形态差异较小,均能反映水稻叶片表面真实微观结构。因此,对含水量较高的棉花叶片优选临界点干燥法制备;对含水量相对低的水稻叶片可选简单、经济的自然干燥法处理。

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。