三維透射電鏡技術成熟應用 納米金屬材料研究從二維跨越至三維
【化工儀器網 項目成果】近日，重慶大學材料科學與工程學院黃曉旭研究團隊在《Science》雜志上發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的三維透射電鏡技術，在世界上首次實現對納米金屬塑性變形的研究，并發現納米金屬塑性變形后其內部晶體取向可回轉這一反常現象。
納米金屬材料是指顯微組織結構(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、耐拉伸強度大等優勢，在生物醫學、航空航天、建筑材料、汽車制造、電子電氣等領域應用廣泛。目前納米金屬材料的生產和應用已經較為成熟，但材料微觀結構與宏觀性能之間的聯系仍不清楚，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，然而傳統有的透射電鏡技術，只能觀察材料內部三維結構的二維投影，難以對材料微觀結構進行全面觀察，限制了研究者對材料圍觀結構的認識。因此三維表征技術已經成為納米材料更深層次研究必須要突破的難關。
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技術。該首創性技術的相關原理在2011年發表于《Science》雜志。經過十多年鉆研，研究團隊將三維透射電鏡技術從原理發展至成熟應用，填補了納米級三維電鏡取向成像技術的空白。
在硬件上，研究團隊研制出電鏡電子光學與圖像采集控制系統，提升了電鏡的高質量數據采集速度；在軟件上開發出高效的數據處理分析和三維重構系統，從而將納米材料的內部結構從二維圖片變成了三維圖譜。在此基礎上，研究團隊開發了一系列基于電子衍射的三維透射電鏡技術，其中透射電鏡三維取向重構技術的空間分辨率達1納米，可以準確表征對組成納米材料的各個小晶體。
該技術的成熟應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構與性能關系提供技術支持，也有助于納米材料結構與性能的開發和優化，促進納米材料的發展。
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