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讓材料研究從平面到立體重慶大學這項成果登上《科學》

文章來源：科技日報更新時間：2023-12-05 14:41:34

材料研究真正實現(xiàn)了從二維到三維。12月1日，重慶大學作為第一完成單位和第一通訊作者單位在期刊《科學》發(fā)表最新研究成果《納米分辨三維電鏡揭示變形鎳的異常晶格轉(zhuǎn)動》，這是材料科學與工程學院黃曉旭教授團隊及其合作者利用自主研發(fā)的三維透射電鏡技術(shù)在納米金屬研究領(lǐng)域取得的新突破。

黃曉旭教授介紹三維透射電鏡?？萍既請笥浾?ensp;雍黎攝

　　電子顯微鏡，簡稱電鏡，是現(xiàn)代科學技術(shù)中不可缺少的重要工具。透射式電子顯微鏡讓觀測微納物質(zhì)結(jié)構(gòu)成為了可能。不過傳統(tǒng)的電鏡技術(shù)，只能觀察樣品的表面，或者觀察材料內(nèi)部三維結(jié)構(gòu)的二維投影，這大大限制了人們對材料微觀組織的認識。在過去20多年，全球范圍內(nèi)廣大科學家致力于開發(fā)三維表征技術(shù)，空間分辨率在微米尺度的X射線三維表征技術(shù)研發(fā)已取得了重要進展，其應(yīng)用促進了材料科學領(lǐng)域的重要科學發(fā)現(xiàn)。但是，更多更深層次的材料科學問題需要納米級甚至原子級的三維表征技術(shù)。將空間分辨率從微米級提高到納米級，需要提高三個數(shù)量級，這是一個巨大的挑戰(zhàn)。

　　黃曉旭團隊長期致力于先進表征技術(shù)和納米金屬研究。經(jīng)過10多年的不懈努力，研發(fā)了世界首套具備三維晶體學重構(gòu)與三維衍襯像重構(gòu)功能的透射電子顯微鏡，并成功開發(fā)了一系列基于電子衍射的三維透射電鏡技術(shù)，空間分辨率1納米。這些技術(shù)的研發(fā)填補了納米級三維電鏡取向成像技術(shù)的空白，將大大促進三維材料科學的發(fā)展。

　　“我們通過10年時間將這一技術(shù)從構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實。”黃曉旭教授介紹，他們從硬件和軟件兩方面創(chuàng)新，通過原創(chuàng)性的技術(shù)，在硬件上研制了電鏡電子光學與圖像采集控制系統(tǒng)，提升了電鏡的高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集的速度，在軟件上開發(fā)了高效的數(shù)據(jù)處理分析和三維重構(gòu)的軟件，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。

　　本研究利用三維取向成像技術(shù)，首次實現(xiàn)了納米金屬塑性變形的三維電鏡研究。發(fā)現(xiàn)了納米金屬塑性應(yīng)變可恢復的反常現(xiàn)象，并揭示了這一現(xiàn)象的物理本質(zhì)。本工作的新發(fā)現(xiàn)發(fā)展了納米金屬塑性變形理論，將為先進納米結(jié)構(gòu)材料研發(fā)、納米材料使役行為的預測和控制以及微納器件功能優(yōu)化提供理論指導。

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