扫描电镜类大型仪器在环境学科教学科研中的应用与管理

大型仪器教学常态化是高校学生培养过程中的必要环节。紧随环境类学科的发展步伐,结合苏州科技大学环境科学与工程学院学生培养工作,基于“内容因材施教,方法量身定制”的原则设计教学与科研实验内容,探究了将扫描电镜类大型仪器的使用融入到研究生与本科生培养工作中的方法;构建管理体系,保障了实验课程与科研训练的顺利开展,实现了大型仪器“开放共享”与“支撑教育教学”共发展的目的,同时也为其它大型仪器的使用与管理提供了借鉴。

长白山金川泥炭地金藻鳞片分类特征的初步研究

藻类是泥炭地生态系统的重要组成部分,目前对泥炭地藻类生物多样性及生态特征报道较少。本研究以长白山金川泥炭地表层泥炭藓为试材,利用扫描电子显微镜分析附生硅质藻类遗存形态特征,发现大量硅藻壳体和金藻孢囊,还有少量金藻鳞片。这些金藻鳞片总体呈两头略尖的椭圆形,由圆顶、盾、V形肋、凸缘、刚毛等部分组成。鳞片长度范围在4~5μm,宽度范围在2~3μm。经比对前人研究,这些金藻鳞片属于金藻纲金胞藻目鱼鳞藻属(mallomonas)。金藻鳞片由于其硅质成分易于保存、分类特征明显且对环境变化响应敏感,是湿地环境监测和古环境重建的有效生物指标。目前我国金藻鳞片相关报道很少,需加强金藻鳞片分类学及生态属性调查,深入了解湿地藻类生物多样性,并为湿地环境评估提供新方法。

基于虚拟仿真的扫描电子显微分析实验教学系统的开发与实践

为克服高等院校大型仪器测试中扫描电镜实体教学存在的教学资源不足、成本高、教授方式受限以及仪器生均占有率低等问题,运用虚拟仿真技术开发了集学、练、考于一体的扫描电子显微分析实验教学模拟交互平台。学生无需进入实验室,利用课余碎片化时间就能自主学习扫描电镜分析测试相关理论知识,完成样品准备、测试分析等模拟交互操作,为实体操作奠定良好基础,通过在线测试检验相关知识点的掌握程度,汇总反馈数据进行分析评价,便于课程的持续改进。通过教学实践表明:扫描电子显微分析虚拟仿真实验教学系统与实体实验教学相结合,突破传统实验教学局限性,调动学生学习兴趣和自主学习积极性,教学过程更加安全高效,教学质量得到提升。本虚拟仿真实验教学系统助力提高学生主观能动性和实践创新能力,为功能材料研发行业创新型人才培养提供一种新的实践教学模式。

长期贮存下电路镀层结构可靠性与失效分析研究

针栅阵列(PGA)封装用于高速大规模逻辑LSI电路,其引脚、焊盘等关键接触位置的结构至关重要,一般情况下在表面镀涂不活泼金属(如金),保护基材不受腐蚀。若该位置的镀层结构在环境因素的影响下产生腐蚀,可能对器件的可焊性产生影响,造成参数漂移、性能退化等问题,甚至发生短路或断路失效,从而降低集成电路的寿命与应用可靠性。因此,通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)等对镀层表面形貌、焊盘腐蚀生成物及其成分进行分析,研究经长期贮存后电路镀层结构的腐蚀行为和机理。结果表明,镀层结构表面存在微小孔隙,在水汽、灰尘或其他杂质离子的长期作用下,下层活泼金属反应生成污染离子,其通过孔隙迁移到表面聚集形成腐蚀物,从而造成外观失效,影响电路的性能与应用。

基于虚拟仿真技术的大型仪器共享平台准入制建设——以扫描电镜为例

虚拟仿真技术作为一种新型的课程改革手段,在部分高校的实验教学中已有应用实例。针对大型仪器共享平台管理中存在的问题,以扫描电镜为例,构建了线上-线下结合式的大型仪器共享平台准入制,探讨虚拟仿真技术在大仪平台准入制建设中的应用前景,及其对我国工业应用型人才高质量培养和推动高校大型仪器共享平台高效化管理的意义。

高校扫描电子显微镜开放测试培训的实验与探索

扫描电子显微镜(SEM)作为材料形貌表征的基本仪器,在多领域有着广泛应用。为提高大型仪器资源利用效率,借助大型仪器共享平台的优势,SEM等大型仪器可以实现24小时开放共享。仪器管理教师在做好大型仪器管理、运行、维护的同时,将面对更多的用户需求和保障工作时间外的仪器良好运行,这对仪器开放测试培训工作提出了新的挑战。总结前期开放测试培训出现的问题,在实践中改进SEM开放测试培训方式,实践证明改善的措施有效的提高了SEM开放测试培训的质量和效率。高质量的开放测试培训,可以推进师生科学研究工作的开展,同时可以保障更多的时间面向社会开放,做好为科技创新和社会需求服务。

扫描电镜大型仪器应用于地质类本科实验教学的探讨

目前高校大型精密仪器多偏重于科研测试,未有效发挥本科教学功能和培养人才的作用,而大型精密仪器对培养新时代创新型和综合型人才不可或缺。将扫描电子显微镜(SEM)应用于本科实验教学,有利于提升学习效果,培养学生的实践能力、科研意识和创新能力。利用SEM开展本科实验教学,展现了实验教学的前沿性,推动了新工科教学方式的改革,同时提高了大型仪器的利用率。

寿南小沙丁鱼鳞片表面结构及轮纹特征的扫描电镜观察

运用扫描电镜技术对寿南小沙丁鱼鳞片形态结构及轮纹特征进行了观察。研究结果表明:寿南小沙丁鱼鳞片属圆鳞,与鲱形鳞相似。鳞片上有多少不一呈断裂状的辐射沟,环片呈山嵴状,与辐射沟基本平行,环片脊顶上有许多大小不同的卤状粒突。鳞片侧区的年轮和副轮清晰,在与年轮相交处,环片明显呈下凹弯曲,少数发生断裂。

鹿类动物毛的扫描电镜分析

应用扫描电镜检测了 15种鹿类毛的微观形态结构。结果表明 ,鹿毛的鳞片形态在科间、属间和种间存在差异 ,同种不同个体毛的鳞片形态有差异 ,同一个体同一根毛样的不同部位也有差异。若将毛的扫描电镜分析方法应用于野生动物分类或识别鉴定上 ,应考虑样品的个体差异性、局部性以及人为因素等影响。应通过建立野生动物毛样数据库 。

温度对二氧化碳腐蚀产物膜形貌特征的影响

在高温高压静态釜中对 3种油、套管钢材N80、P110和J5 5进行了CO2 腐蚀模拟试验。用扫描电子显微镜 (SEM )对比分析了腐蚀产物膜的厚度和表面平均晶粒大小随着温度改变的规律。结果显示 ,3种材料所得到的腐蚀产物膜的纵向形貌为双层结构 ;其膜厚随着温度变化的最大值均在 12 0℃处 ,N 80和J5 5两种钢的最小值在 160℃处 ,而P110钢则在 180℃处。 3种材料成膜晶粒的尺度随着温度的变化都出现了一个峰值和一个低谷 ,峰值都在 12 0℃ ,低谷所对应的温度却不相同。N80和J5 5两种钢在 160℃ ,而P110则在 180℃处。虽然 3种材料腐蚀产物膜的峰值或低谷存在明显差异 。

蓝罗非鱼鳞片表面结构的扫描电镜观察

运用扫描电镜技术对蓝罗非鱼侧线上鳞、侧线下鳞和侧线鳞进行了形态结构的观察。研究结果表明 ,蓝罗非鱼体表鳞片属栉鳞 ,外形呈近圆形 ,分为顶区、基区和侧区三个部分 ;顶区边缘具细小齿状棘突 ,区内分布有瘤状或棒状突起 ;基区具有清晰致密的鳞纹和放射状排列的鳞沟 ,年轮线处鳞纹密集排列 ;侧区较为平滑 ,无明显的鳞沟 ;

四种虎凤蝶翅面斑纹特征及鳞片的超微结构

比较了中华虎凤蝶、太白虎凤蝶、乌苏里虎凤蝶和日本虎凤蝶成虫翅面斑纹特征及鳞片超微结构。前翅外缘黄色斑，后翅外缘半月斑、亚外缘红色斑、亚外缘黑色斑、中室黑带及前翅外缘形状和后翅尾突长度等特征在种间有明显差别，是种鉴定的重要依据。鳞片按其形状和结构可分为４种类型，后翅外缘处的青色鳞片具金属光泽，为结构色，其余各色鳞片的结构相同，为色素色。四种虎凤蝶的鳞片超微结构无明显差异。

四川盆地及周缘地区龙马溪组页岩微观孔隙结构及其发育主控因素

以四川盆地及周缘地区下志留统龙马溪组富有机质页岩为研究对象,通过氩离子抛光—扫描电镜、低温液氮吸附/脱附实验等方法和技术,对研究区页岩储层微观孔隙结构进行系统研究,并探讨了控制纳米尺度微观孔隙结构的主要原因。结果表明：四川盆地及周缘地区龙马溪组富有机质页岩孔径范围为纳米级,孔隙类型多样,分为有机孔、粒间孔、粒内孔、晶间孔、溶蚀孔及微裂缝等,其中有机孔和粒内孔较为发育;页岩微观孔隙结构复杂,多为开放型孔隙,以管孔和两端开口的平行板孔为主;微观孔隙孔径主要分布在2~80nm,以中孔为主。通过分析控制该区页岩储层微观孔隙结构的主要因素,认为有机碳含量是控制纳米级孔隙发育的主要因素,同时也是页岩气赋存的重要物质基础。

聚天冬氨酸对硫酸钙的阻垢性能研究

研究了可生物降解的新型聚合物阻垢剂聚天冬氨酸对硫酸钙的阻垢性能,探讨了共聚物质量浓度、钙离子质量浓度、硫酸根质量浓度、温度、pH值等因素对聚天冬氨酸阻硫酸钙垢性能的影响,并用扫描电镜研究了聚天冬氨酸对硫酸钙的结晶形态的影响,在聚天冬氨酸质量浓度为2 mg/L时,硫酸钙晶体产生了严重的变形.结果表明聚天冬氨酸对硫酸钙具有优异的阻垢性能.

页岩微纳观尺度雁列式断续裂纹的原位观测

在自然界岩石和工程围岩中,宏观尺度雁列式断续破裂现象较为常见。然而,在微纳观尺度上,是否也存在类似的雁列式断续破裂特征?其扩展与演化过程又是怎样的?这是非常值得探讨的基础科学问题。采用带切槽的弧形页岩试样,在扫描电子显微镜(SEM)下开展原位拉伸与微纳观破裂过程观测试验。基于原位观测分析,获得如下几点认识:(1)在微纳米尺度,依然存在断续破裂现象,呈"S"形或反"S"形雁列式展布,是由裂纹尖端部位拉张-剪切复合应力场及矿物非均质性共同诱导形成的。(2)微纳观雁列式断续裂纹总体展布特征和扩展、演化过程是有规律可循的,相邻微裂纹近似平行展布。对单个裂纹来讲,中间的拉张裂纹近似平行于最大拉张应力方向,而两端翼裂纹转向朝着最大剪切应力方向扩展。(3)微纳观雁列式断续裂纹仅代表着主裂纹路径形成过程中的暂时的剪切变形状态或某个中间扩展阶段。(4)雁列式断续裂纹在微米至纳米尺度上具有多尺度分层级结构特征:相对较大尺度的雁列式断续裂纹包含着更小尺度的次级雁列式断续裂纹。该研究提供了微纳观尺度页岩雁列式破裂的观测证据,为分析页岩多尺度裂纹演化过程提供了重要支撑。

基于聚焦离子束-扫描电镜方法研究页岩有机孔三维结构

页岩中纳米级有机孔的大小直接影响页岩气含气量,其连通性亦对气体运移和开采至关重要。本文选择漆辽地区龙马溪组富有机质页岩,利用聚焦离子束-扫描电镜(FIB-SEM)在纳米尺度上(10 nm)进行有机孔结构的三维重构。研究结果表明:(1)FIB-SEM方法适用于微米级页岩的纳米(>3 nm)孔隙结构特征研究。(2)蜂窝状有机孔发育均匀,孔径集中于10~200 nm,连通性较差;界面有机孔孔径集中于200~300 nm,局部连通性较好。(3)页岩总孔隙度与有机质含量成正比。研究认为,对于以有机孔为重要储集空间的页岩,有机质分布越集中,连续性越好,研究孔隙度的表征单元体尺度越小。

应用两种超声龈上洁治器械治疗菌斑性龈炎的临床疗效及患者主观感受评价

目的:观察两种超声龈上洁治器械治疗菌斑性龈炎的临床疗效及釉质光洁度,评价不同年龄群的患者在治疗过程中的主观感受。方法:采用自体对照,随机单盲设计,通过牙龈出血指数(GBI)及探诊出血(BOP)阳性位点率评价临床疗效,使用视觉模拟标尺(VAS)评价患者主观感受,并按年龄分为两组,评价老年人群及中青年人群对洁治的不同反应。通过扫描电镜观察操作后釉质表面情况。结果:老年人群使用磁致伸缩式洁治时(M组)患者的VAS分值平均为30.07,低于使用压电陶瓷式(P组,41.25),中青年人群的VAS均值分别为29.15(M组)及39.10(P组),均有显著性差异。不同人群使用同一种处理方式其VAS均值之间无显著性差异。一个月后两种人群的GBI及BOP阳性位点率均比治疗前有相应明显降低,但两种处理方式之间无明显差异。扫描电镜结果显示M组对牙釉质表面损伤较小,釉面更为平整。结论:应用两种洁治器均能有效治疗菌斑性龈炎且疗效类似,使用磁致伸缩式洁治器有降低患者不适及减少釉质损伤的优点。

电磁抗垢强化传热技术的热态实验研究

在自行设计的电磁抗垢实验装置上,对热态工况下低频电磁抗垢(EAF)技术进行了实验考察。结果表明,在外加交变电磁场的情况下,总传热系数及污垢热阻发生了明显的变化,实验结束时污垢热阻下降了61%。不同的电磁场频率导致不同的抗垢效果,在本实验条件下,频率为700Hz时抗垢效果最佳。其他条件不变时,污垢热阻随着水质硬度的降低而减小,且不同流体硬度时污垢热阻的变化趋势均相同。对污垢晶体扫描电镜观察表明,经交变电磁场处理过的污垢晶体结构发生了明显的变化,由致密型易结垢的霰石变为松散型不易结垢的方解石,从而达到抗垢的目的,这一结论与冷态实验研究的结论一致。

煤的多尺度孔隙结构特征及其对渗透率的影响

煤中孔隙大小分布不均且分布范围较广,因而利用单一的方法难以对煤的多尺度孔隙结构进行有效地表征。为此,综合运用扫描电镜、低温液氮吸附、高压压汞、恒速压汞等实验方法,对煤的多尺度孔隙结构特征进行综合分析,并揭示变质作用对煤孔体积、孔比表面积的影响,以及煤岩渗透率与孔隙结构特征参数的关系。研究结果表明:(1)随煤变质程度增强,煤中纳米孔体积及孔比表面积均呈现先减小后增大的趋势,并且在R_(o,max)为1.8%左右时达到最小值;(2)煤样孔隙半径、喉道半径整体均呈现正态分布,并且随着煤变质程度的增加,最大分布频率对应的孔隙半径增大;(3)低煤阶烟煤煤样的喉道半径分布范围最宽,最大连通喉道半径及喉道半径平均值均最大;(4)无烟煤煤样的喉道半径分布范围最窄且最大连通喉道半径最小;(5)低、中煤阶烟煤煤样的孔喉比分布存在着单一主峰,并且主峰对应孔喉比相对较小;(6)煤岩渗透率与孔隙度、喉道半径平均值表现出了较好的正相关关系,其与孔喉比平均值呈负相关关系,而与孔隙半径平均值的关系则不明显。

Er:YAG激光与超声洁治器用于牙周洁治在扫描电镜下的显微形态比较

目的比较超声洁治与Er:YAG激光洁治后牙齿表面在扫描电镜下的显微形态。评价Er:YAG激光洁治的安全性,有效性。方法将48颗因牙周炎拔除的单根牙随机分为8组。1组:超声洁治组;2组:超声洁治加喷砂组;3组:超声洁治加抛光组;4组:超声洁治加喷砂及抛光组;5组:Er:YAG激光洁治组;6组:Er:YAG激光洁治加喷砂组;7组:Er:YAG激光洁治加抛光组;8组:Er:YAG激光洁治加喷砂及抛光组。分别按分组情况操作。标本先按分组分别处理,然后行电镜扫描观察,所有标本分别用50、100、300、500倍扫描,并照相。主要临床观察指标:牙骨质层是否存在;是否有残存的牙石;洁治区域内根面的粗糙程度;Er:YAG激光处理过的牙面是否有热损伤或碳化。结果上述8组均观察到牙骨质存在;所有组均能观察到极少量的牙石残留;超声洁治的区域内,于低倍镜下观察,牙根表面清洁光滑,高倍镜下,牙根表面未见工作尖的痕迹,颗粒状结构覆盖于牙骨质层;Er:YAG激光洁治区域,低倍镜下及高倍镜下均观察到表层组织熔融呈火山状;所有Er:YAG激光洁治区域没有任何热损伤迹象或碳化。结论经Er:YAG激光处理过的牙面除能观察到表层组织熔融呈火山状外,其他方面均能达到超声洁治的效果,Er:YAG激光是一种安全有效的牙周治疗手段。