三维透射电镜技术成熟应用 纳米金属材料研究从二维跨越至三维
近日，重庆大学材料科学与工程学院黄晓旭研究团队在《Science》杂志上发布一项纳米金属材料研究的重要成果。研究团队利用自主研发的三维透射电镜技术，在世界上首次实现对纳米金属塑性变形的研究，并发现纳米金属塑性变形后其内部晶体取向可回转这一反常现象。 纳米金属材料是指显微组织结构(至少在一个尺度上)具有纳米特征的单相或多相金属(包括纯金属及合金)。纳米金属材料具有具有表面原子比例大、晶界比例大、耐拉伸强度大等优势，在生物医学、航空航天、建筑材料、汽车制造、电子电气等领域应用广泛。目前纳米金属材料的生产和应用已经较为成熟，但材料微观结构与宏观性能之间的联系仍不清楚，需要进一步研究。 纳米金属材料研究的主要工具是透射电子显微镜，然而传统有的透射电镜技术，只能观察材料内部三维结构的二维投影，难以对材料微观结构进行全面观察，限制了研究者对材料围观结构的认识。因此三维表征技术已经成为纳米材料更深层次研究必须要突破的难关。 为解决这一问题，黄晓旭研究团队提出了一种利用透射电子显微镜对纳米晶体材料进行直接三维定量表征的新方法——透射电镜三维取向重构技术。该首创性技术的相关原理在2011年发表于《Science》杂志。经过十多年钻研，研究团队将三维透射电镜技术从原理发展至成熟应用，填补了纳米级三维电镜取向成像技术的空白。 在硬件上，研究团队研制出电镜电子光学与图像采集控制系统，提升了电镜的高质量数据采集速度；在软件上开发出高效的数据处理分析和三维重构系统，从而将纳米材料的内部结构从二维图片变成了三维图谱。在此基础上，研究团队开发了一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术，其中透射电镜三维取向重构技术的空间分辨率达1纳米，可以准确表征对组成纳米材料的各个小晶体。 该技术的成熟应用为纳米材料研究提供了新的工具，不仅可以为深入研究微观结构与性能关系提供技术支持，也有助于纳米材料结构与性能的开发和优化，促进纳米材料的发展。
