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(xiàng)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(tuán)隊(duì)在《Science》雜志上發(fā)布一項(xiàng)納米金屬材料研究的重要成果。研究團(tuán)隊(duì)利用自主研發(fā)的三維透射電鏡技術(shù)，在世界上首次實(shí)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(gè)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)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(tuán)隊(duì)提出了一種利用透射電子顯微鏡對納米晶體材料進(jìn)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(tuán)隊(duì)將三維透射電鏡技術(shù)從原理發(fā)展至成熟應(yīng)用，填補(bǔ)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(dá)1納米，可以準(zhǔn)確表征對組成納米材料的各個(gè)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(jìn)納米材料的發(fā)展。
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