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納米材料的三維透射電鏡表征研究獲重要進(jìn)展


來源:金屬研究所

標(biāo)簽納米材料
大多數(shù)固體材料是由成千上萬個小晶體組成,這些小晶體的取向,、大小,、形狀以及它們在樣品內(nèi)的三維空間分布和排列決定了材料的性能。最近,,中國科學(xué)院金屬研究所沈陽材料科學(xué)國家(聯(lián)合)實驗室劉志權(quán)研究員與丹麥科技大學(xué)Risø可持續(xù)能源國家實驗室,、清華大學(xué),、美國約翰霍普金斯大學(xué)的科學(xué)家們共同合作,,開發(fā)出了一種利用透射電子顯微鏡對納米材料進(jìn)行直接三維定量表征的新方法,這一成果發(fā)表在5月13日出版的《科學(xué)》上,。論文通訊作者為丹方科學(xué)家,。

     通常,材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)信息是通過對截面樣品的二維觀察得到的,,這種二維觀察不能提供材料內(nèi)部小晶體在三維空間的相對分布和晶界特性等重要的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),,從而制約了對材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能相互關(guān)系的深刻理解和材料性能的改進(jìn)和優(yōu)化。近年來,,在世界范圍內(nèi),,科學(xué)家們就開發(fā)先進(jìn)的微觀結(jié)構(gòu)三維表征技術(shù)進(jìn)行了不懈的努力探索,,三維X-射線衍射技術(shù)的成功開發(fā)和應(yīng)用就是一個重要例子。但是這種技術(shù)的空間分辨率只能達(dá)到100納米 (1納米=百萬分之一毫米),。本次合作開發(fā)的新的三維透射電子顯微技術(shù)其空間分辨率已達(dá)到1納米,,比三維X-射線衍射技術(shù)提高了兩個數(shù)量級。

    這種新的三維透射電鏡表征技術(shù)是表征納米材料的理想方法,,它可對組成納米材料的各個小晶體進(jìn)行精確描述,,包括其各個晶體的取向、大小,、形狀和在三維樣品內(nèi)的空間位置等,。下圖所示的是利用這種方法得到的納米金屬鋁的三維微觀結(jié)構(gòu)特征圖的一個例子,。圖中不同顏色表示不同的晶體取向,晶體的大�,。◤膸准{米到約100納米)和形狀(伸長的或球體狀的)都能清晰地顯示出來,。這些微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)的精確定量測定為理解和優(yōu)化納米材料的性能提供了堅實的基礎(chǔ)。

    這一方法的一個重要優(yōu)點是它是一種“無損”的分析技術(shù),,即在微觀表征過程中不破壞樣品,,因此它可用來研究納米材料微觀結(jié)構(gòu)在外加條件下(如加熱或變形)的演變過程,從而為研究納米材料的動態(tài)行為開辟了新的途徑,。
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