集成X射线、TEM和STM的晶体学教学尝试

以Si晶体为例,介绍了一种结合X-射线、电子显微学和扫描隧道显微技术进行晶体学教学的尝试。主要是从基本原理、实验技术、实验结果等方面建立不同方法之间的联系,也说明其区别。目的是使学生能依据基本的晶体学原理、概念和数据,理解不同的晶体结构分析和表征方法提供的晶体学信息之间的区别和联系,达到融会贯通的效果。

低反射电阻阵列加载单锥TEM室研制与测试

为了减小单锥末端反射、拓展镜面单锥TEM室时间窗,基于母线长0.9 m单锥TEM室计算了不同电阻加载条件下的馈电端口电压反射系数,通过搭建电阻阵列加载单锥TEM室实验平台对仿真结果进行了验证,在此基础上,通过改进锥体吊装结构、调整镜面板与吸波材料之间距离等方式对单锥结构进行了优化,设计并研制了国内首个低反射单锥微波暗室。研究结果表明,在单锥锥体末端与镜面板边缘之间加载阻抗匹配回路,解决了单锥TEM室低频吸收问题,减小了单锥TEM室末端反射,突破了由母线长度决定的时间窗限制,拓展了单锥TEM室的适用范围,实现了HEMP、LEMP等瞬态电磁脉冲传感器幅值灵敏度和波形保真度的全校准。

基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射天线优化设计

针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。

基于TEM的金属矿采空区快速探测技术——以河南西部某铝土矿为例

我国矿产资源丰富,经过长期的资源能源开发,形成了许许多多的地下开采矿山。随着矿产资源的不断开采,地下开采矿山形成的采空区也逐渐增加,并且已经慢慢地产生了采空区失稳、突水等安全隐患,给矿山和周边生态环境带来了严重的破坏。为了减轻和预防由地下采空区所引发的地质灾害,最大限度地保护人民生命和财产安全,矿山采空区的调查及探测极为重要。本文介绍了利用磁性源瞬变电磁法(Time Domain Electromagnetic Methods,TEM)大定源装置,在河南西部某铝土矿区开展采空区探测的野外施工具体流程及参数选择要点,并通过该方法快速圈定了采空区积水区域,取得了良好的效果。该矿区采空区主要积水区位于矿区东部,积水面积约510000 m 2,而矿区西部及南部区域无积水。结论认为,该方法野外试验流程正确,磁性源瞬变电磁法对金属矿采空区探测有效。该方法在采空区探测领域的应用,为矿山在今后的地下开采过程中有效避免安全事故提供了技术支撑。

TSP结合TEM在风险围岩隧道超前地质预报中的应用

为了排查隧道施工过程中潜在的地质风险、指导隧道安全开挖掘进,针对某高速铁路风险围岩隧道浅埋段和可溶岩段,利用TSP和TEM两种方法开展超前地质预报。TSP预报可对掌子面前方围岩状况进行远距离宏观预测,能划定断层、破碎带、地下水等不良地质体的位置和大致规模;TEM预报可在掌子面附近开展多角度、多方位测量,能判定开挖面前方一定空间范围内不良围岩特征,特别是地下水、岩溶的分布及规模。研究表明,TSP震波对应的负反射和低速异常突出反映围岩岩性变化及岩体破碎程度,依据纵、横波速起伏特征可大致判定地下水发育情况;TEM低阻异常直观体现围岩富水状态,并可推测岩溶发育及分布状况,视电阻率阻值变化密集区对应了围岩岩体破碎。研究结果表明,采用两种或多种方法结合开展综合预报,可提升预报结论的准确度和可靠度,TSP结合TEM成功预报的应用实例可为类似风险围岩隧道的超前地质预报提供参考和借鉴。

基于MEMS芯片的磁性材料TEM表征技术

传统透射电子显微镜(TEM)以电磁场为透镜,通常情况下磁性材料不能直接在TEM下进行观测,一般使用以碳为支撑膜的双联铜网作为样品载网,但仍然有一定的破损概率。设计并实现了一种新型的基于微电子机械系统(MEMS)芯片的磁性材料TEM表征技术。该技术通过磁性TEM芯片和配套的样品杆,在TEM内形成一个密闭空间。将磁性样品上载到磁性TEM芯片上,从而实现在TEM下对磁性样品的安全观测。该芯片的核心结构是可以透射电子束的超薄氮化硅窗口,该窗口采用低压化学气相沉积(LPCVD)法制备,具有极高的机械强度,最高可以承受接近400 kPa的气压差。实验结果表明,利用该TEM表征技术可以在TEM下成功观测铁包硅和NiO两种磁性材料,分辨率可以达到原子级。

FinFET芯片TEM样品制备及避免窗帘效应方法

制备高质量纳米尺度芯片透射电子显微镜(TEM)样品对于探索半导体器件结构设计、材料分布与芯片性能之间的关系具有重要的意义。使用聚焦离子束(FIB)/扫描电子显微镜(SEM)双束系统制备14 nm鳍式场效应晶体管(FinFET)截面TEM样品,制备过程中从技术角度提出了两种自下而上制样方案来抑制窗帘效应。为扩大样品的可表征视场范围,在避免样品弯曲的前提下,提出了一种薄片提取方法。结果表明,离子束流越大,窗帘效应越严重,自下而上方法能有效规避窗帘效应;离子束电压30 kV时采用清洗截面(CCS)模式、5 kV/2 kV时采用矩形模式,样品台倾斜补偿角度为1.5°~3.5°,进行交叉减薄,且最终铣削长度控制在1μm时减薄效果最好;新的薄片提取方法改变了样品的铣削方向,在避免窗帘效应破坏感兴趣结构和样品弯曲的前提下,将样品的可表征视场范围扩大了5倍。研究结果对优化TEM样品制备方法以及芯片失效分析提供了参考。

用TEM分析材料在实验教学中的实践

透射电子显微镜的快速发展使人类对客观世界的认识深入到了原子尺度。目前,透射电子显微镜的分辨率已经达到了亚埃级别,是材料研究领域十分重要的测试表征手段。针对材料类本科专业实验教学的特点,以分析金纳米颗粒的微观结构为实例,从理论讲解、实验观摩到结果分析与讨论三个方面开展了透射电子显微分析的实验教学工作,使学生理解透射电子显微镜的基本原理、功能和应用。

电解双喷制备多组元合金的TEM薄膜

电解双喷减薄/抛光技术是制备金属类TEM薄膜最常用的方法。获得表面光亮清洁,中心穿孔,绕穿孔边缘有较大薄区的优质TEM薄片则需要合适的电解双喷参数。本文利用电解双喷仪制备多组元合金的TEM薄片,包括FeCrNi系奥氏体不锈钢,模具钢,AlFeCrNi(Co/W/V/Cu)系的高熵合金,并通过光学和透射电镜观察穿孔情况和材料内部析出相、成分分布、相界面原子分布、位错等信息,探讨电解双喷过程中电解液的成分、温度,电解双喷的参数(电压/电流、流速)和样品厚度等对双喷效果的影响。总结了各种材料最佳的电解双喷参数,对于具有复杂析出相的钢,需采用不同的电解液来实现TEM薄片的制备。而新型高熵合金则需要调试温度、电压/电流等参数,来获得清晰的两相共格界面,并避免腐蚀产物的干扰。

聚焦离子束制样条件对TEM样品形貌的影响

聚焦离子束(FIB)因其制样成功率和效率高,可定点精确制样等特点已经成为半导体失效分析领域重要的透射电子显微镜(TEM)制样方法。利用双束FIB系统针对TEM样品制备条件对样品形貌的影响进行了分析和研究。通过控制变量法等方法分析了FIB的电子束或离子束等制样条件可能对样品带来的损伤。通过实验发现,FIB的离子束能量对TEM样品热损伤影响较小,电子束的电压和电流是引起样品损伤的主要因素。实验证明,在电子束辅助沉积保护层时适当降低电子束的电压和电流,可有效改善样品的微观形貌。

TEM施工参数的选择研究

影响TEM勘探深度的因素很多,其中施工参数的正确选择,对勘探深度和精度有直接地影响。为达到勘探要求,寻找最佳施工参数,施工前需在勘探区内开展试验工作,选取适合工区的最佳施工参数。通过在勘探区已知钻孔资料处开展单一因素变化的噪声调查、发射频率选择、线框尺寸大小选择、发射电流、仪器增益、积分时间的试验工作,确定适合工区的施工参数。经反演表明,通过该方法选取的施工参数能够达到勘探深度要求且与已知钻孔揭露地层电性特征一致,表明通过研究影响勘探深度的因素选取合适的施工参数可以满足勘探深度要求,为今后运用TEM方法进行地质勘探时提供了借鉴。

双联碳膜解决纳米晶体在TEM中碳污染的研究

在透射电子显微镜(TEM)中,电子束会引起碳污染,为了研究纳米晶体在TEM表征过程中碳污染问题的解决方案,选取油胺中合成的Au2Bi纳米晶体,分别用超薄碳膜和超薄双联碳膜制备样品,并用TEM进行表征。研究结果表明,利用超薄双联碳膜制备样品,明显降低了纳米晶体的碳污染现象,大大提高了电子显微镜图像的质量。同时,从碳污染形成的原理方面,分析了超薄双联碳膜能够缓解碳污染产生的原因,是因为两层碳膜将样品固定在一起,可以有效阻止有机配体的扩散。这种有效且简便的方法有助于TEM研究受配体诱导污染的纳米晶体材料。

地-井五方位TEM在新疆东天山月牙湾铜镍矿床勘查中的应用

月牙湾铜镍矿床具有典型的“三高一低”(高磁、高重、低阻、高极化)异常组合特征,以往地面物探工作取得了较好的找矿效果,但受限于此区所处的低电阻率背景,存在探测深度小或者深部分辨率不足的问题。为了解矿体在深部的延伸情况,本文选择在见矿钻孔中开展地-井五方位TEM探测试验,与地面测深方法相比有较好的异常细节。试验结果表明,地-井五方位TEM方法在井旁盲矿探测、矿体延伸推断均有较好的应用效果,值得在后续地质勘查中推广应用。

乏燃料棒M5锆合金包壳的透射电镜分析

压水堆燃料元件的锆合金包壳,在服役期间会经受高中子注量辐照,其微观组织将发生很大变化,从而影响其宏观性能,因此锆合金包壳的中子辐照行为研究一直是核领域的研究重点。但由于材料经中子辐照后具有较强的放射性,相关的实验必须在热室内进行,因此针对辐照后燃料包壳微观组织的研究也一直是工作的难点。本文在中国原子能科学研究院热室设施上,通过透射电镜分析手段,研究了M5锆合金包壳材料中子辐照后的微观组织。样品来源于国内商业压水堆AFA3G型乏燃料棒,其燃耗分别为14 GW·d/tU和41 GW·d/tU。从燃料棒上截取长度约10 mm的包壳样品,在热室内完成去芯块与化学清洗,获得空包壳样品,然后通过机械制样方法,制备出?3 mm薄片状包壳基体样品,最后采用电解双喷减薄方法,制备出包壳透射电镜观察分析样品。另外,为对比锆包壳辐照后的组织变化,采用同样方法制备了相同材料的冷态观察分析样品。冷态样品与辐照样品的观察分析结果表明:冷态Zr合金包壳基体组织内部存在原生的第二相粒子,基体内部整体较为干净,纳米析出相稀少,未观察到明显的位错结构;辐照后,基体内原生的第二相粒子尺寸和分布与冷态样品差异不明显,但出现了明显的纳米析出相和高密度位错组织;随着燃耗的增加,纳米析出相尺寸有增加的现象;低燃耗与高燃耗样品位错组织具有相似性,表明在14 GW·d/tU燃耗下,锆合金包壳内由辐照产生的位错组织已基本趋于饱和状态;电子选取衍射结果表明,辐照后,基体内原生的第二相粒子虽存在一些非晶组织,但仍以bcc晶体结构为主,表明在41 GW·d/tU燃耗下,第二相粒子保持了一定的辐照稳定性;另外,第二相的EDS结果表明,随着燃耗的增加,Nb元素的含量有贫化趋势;分析认为,Zr合金经中子辐照,第二相粒子中的Nb原子扩展至Zr基体内,将促进Nb元素以纳米富Nb相形式在Zr基体中析出。

Curupira V1.0: Joint Inversion of VES and TEM for Environmental and Mass Movements Studies

An innovative inversion code, named “Curupira v1.0”, has been developed using Matlab to determine the vertical distribution of resistivity beneath the subsoil. The program integrates Vertical Electrical Sounding (VES), successful in shallow subsurface exploration and Time Domain Electromagnetic (TEM) techniques, better suited for deeper exploration, both of which are widely employed in geophysical exploration. These methodologies involve calculating subsurface resistivity through appropriate inversion processes. To address the ill-posed nature of inverse problems in geophysics, a joint inversion scheme combining VES and TEM data has been incorporated into Curupira v1.0. The software has been tested on both synthetic and real-world data, the latter of which was acquired from the Parana sedimentary basin which we summarise here. The results indicate that the joint inversion of VES and TEM techniques offers improved recovery of simulated models and demonstrates significant potential for hydrogeological studies.

永磁同步发电机匝间短路故障对绕组绝缘温升特性的影响

本文分析了永磁同步发电机匝间短路故障前后的绕组绝缘温升特性。首先推导了正常情况和匝间短路故障下的气隙磁通密度,相电流、铁心损耗和绕组铜耗解析表达式;然后建立了发电机三维有限元仿真模型,将电磁场中计算得到的各类损耗作为热源导入温度场计算绕组绝缘温度分布;最后实测了LR-5型故障模拟永磁同步发电机组在不同短路程度下的绕组绝缘温度,理论分析、仿真计算与实验结果相互吻合。结果表明:匝间短路故障后在故障绕组电流的作用下,绕组绝缘温度明显上升,并且随着短路程度的增加而加剧,由绕组绝缘热载荷分布不均而引起的变形、应变和应力也将增加;绕组鼻端处绝缘易因高温而受损,可通过改进冷却散热结构,或在鼻端绝缘局部涂覆耐热涂层提高鼻端绝缘的可靠性。

离散时间的完全服务并行优化轮询排队系统特性分析

轮询是一种依次有序服务的系统资源动态调度机制.针对服务器在站点间查询、服务和转移过程中的流水线作业方式导致了系统整体服务效率较低的问题,本文提出了完全服务的并行优化轮询系统.首先,构建了系统的单服务器多队列排队模型和相应的系统状态方程,并精确解析出系统特性参数的完整数学解析表达式.此外,还提出了一种系统状态稳定性的判定方法,对不同负载状态下的系统稳定性进行了定量分析.计算机仿真的统计分析结果与理论计算值相一致.最后,系统性能分析表明,在保持周期性、无冲突服务的基础上,系统的队长、时延特性和稳定状态下负载能力均得到了较大的提高.

中国农民生活富裕的时空分异、宏观影响因素及作用机制

生活富裕涉及农民最关心、最直接、最现实的利益问题,是实施乡村振兴战略的根本落脚点和实现共同富裕的必然要求。在构建兼顾物质与精神、绝对与相对、静态与动态、货币与非货币形式等不同层面的农民生活富裕评价指标体系的基础上,利用2015—2021年中国省级面板数据,通过熵值法、核密度估计、固定效应模型等方法实证分析中国农民生活富裕水平的时空分异特征、宏观影响因素及调节作用机制。结果表明:中国农民生活富裕水平整体大幅提升,但存在明显的区域差异、维度差异和省际差异。发展省域经济、推动城镇化建设、因地制宜扩大农作物播种面积、引导产业结构高度化与合理化均能提高农民生活富裕水平,但经济发展、城镇化率、产业结构高度化对农民生活富裕水平的影响存在“替代效应”,且金融集聚水平的提升会削弱省域经济发展对农民生活富裕的促进作用。

辽东半岛五龙金矿外围电性特征及找矿意义

辽东五龙金矿经过80余年的开采,矿山资源储备严重下滑,后备资源不足问题日益突出,亟需查明矿区深部和外围矿产资源。通过在v163号脉西北和东南两侧以及100号断裂南侧开展瞬变电磁法测量工作,构建了相应的二维和三维地电模型,分析了矿区低阻异常特征;结合前人研究成果,推断出金矿成因类型和下一步找矿方向。研究结果表明:v163号脉西北方向P0剖面上低阻区是由包括163号脉西北段的细粒闪长岩脉群引起的,属于石英脉型成矿的可能性较大;100号断裂南侧三维地电模型中的低阻区域与大孤顶子金矿矿化点相对应,该低阻区向北侧深部规模增大,异常未封闭,表明该区域北侧深部具有良好的找矿前景,值得进一步开展研究工作;v163号脉东南方向的三维地电模型中,低阻异常值在数量级上明显低于前二者,推测为蚀变带引起,后经工程验证孔揭露,该区域纵向存在多层不连续的硅化蚀变岩,最大厚度为41m,蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化以及不同程度的黄铁矿化。研究表明,五龙金矿不仅存在石英脉型金矿体,还有蚀变岩型金矿体,后者可能是该矿区下一个找矿的主要方向。

基于多模态轻量化混合模型的情绪识别

实现更加准确的情绪识别是当前面临的一项富含挑战性且十分有意义的任务。由于情绪的复杂多样性,单一模态的脑电信号难以对情绪进行全面客观的度量。因此本文提出一种多模态轻量化混合模型PCA-MWReliefFGAPSO-SVM,该混合模型由PCA-MWReliefF特征通道选择器和GAPSO-SVM分类器构成。选用脑电信号(EEG)、肌电信号(EMG)、体温信号(TEM)三模态信号进行情绪识别。在DEAP公共数据集上进行多次实验验证,在效价维度、唤醒维度和四分类中分别取得了97.5000%、95.8333%、95.8333%的分类准确率。实验结果表明,提出的混合模型有助于提高情绪识别准确率且明显优于单模态情绪识别。与近期的类似工作相比,本文提出的混合模型具有较高准确率、计算量小且通道数少的优点,更易于实际应用。