三維透射電鏡技術(shù)成熟應(yīng)用 納米金屬材料研究從二維跨越至三維
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院黃曉旭研究團隊在《Science》雜志上發(fā)布一項納米金屬材料研究的重要成果。研究團隊利用自主研發(fā)的三維透射電鏡技術(shù)，在世界上首次實現(xiàn)對納米金屬塑性變形的研究，并發(fā)現(xiàn)納米金屬塑性變形后其內(nèi)部晶體取向可回轉(zhuǎn)這一反常現(xiàn)象。
納米金屬材料是指顯微組織結(jié)構(gòu)(至少在一個尺度上)具有納米特征的單相或多相金屬(包括純金屬及合金)。納米金屬材料具有具有表面原子比例大、晶界比例大、耐拉伸強度大等優(yōu)勢，在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、建筑材料、汽車制造、電子電氣等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前納米金屬材料的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的聯(lián)系仍不清楚，需要進一步研究。
納米金屬材料研究的主要工具是透射電子顯微鏡，然而傳統(tǒng)有的透射電鏡技術(shù)，只能觀察材料內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)的二維投影，難以對材料微觀結(jié)構(gòu)進行全面觀察，限制了研究者對材料圍觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。因此三維表征技術(shù)已經(jīng)成為納米材料更深層次研究必須要突破的難關(guān)。
為解決這一問題，黃曉旭研究團隊提出了一種利用透射電子顯微鏡對納米晶體材料進行直接三維定量表征的新方法——透射電鏡三維取向重構(gòu)技術(shù)。該首創(chuàng)性技術(shù)的相關(guān)原理在2011年發(fā)表于《Science》雜志。經(jīng)過十多年鉆研，研究團隊將三維透射電鏡技術(shù)從原理發(fā)展至成熟應(yīng)用，填補了納米級三維電鏡取向成像技術(shù)的空白。
在硬件上，研究團隊研制出電鏡電子光學(xué)與圖像采集控制系統(tǒng)，提升了電鏡的高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集速度；在軟件上開發(fā)出高效的數(shù)據(jù)處理分析和三維重構(gòu)系統(tǒng)，從而將納米材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)從二維圖片變成了三維圖譜。在此基礎(chǔ)上，研究團隊開發(fā)了一系列基于電子衍射的三維透射電鏡技術(shù)，其中透射電鏡三維取向重構(gòu)技術(shù)的空間分辨率達1納米，可以準(zhǔn)確表征對組成納米材料的各個小晶體。
該技術(shù)的成熟應(yīng)用為納米材料研究提供了新的工具，不僅可以為深入研究微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系提供技術(shù)支持，也有助于納米材料結(jié)構(gòu)與性能的開發(fā)和優(yōu)化，促進納米材料的發(fā)展。
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