2023年全国电子显微学学术年会之先进材料专场报告集锦（上）

中国电子显微镜学会、仪器信息网联合报道2023年10月27日，2023年全国电子显微学学术年会在东莞市会展国际大酒店龙泉厅盛大开幕。大会由电镜学会电子显微学报编辑部主办，南方科技大学、松山湖材料实验室、大湾区显微科学与技术研究中心共同承办，仪器信息网作为独家合作媒体参会报道。大会为期三天，参会人数再创新高，吸引来自高校院所、企事业单位、仪器技术企业等电子显微学领域专家学者2000余人出席参会。

10月27-28日上午进行大会报告，27-28日下午及29日全天同时进行13个不同电镜主题的分会场报告。

大会现场

本次大会共设置十三个分会场：1）显微学理论、技术与仪器发展；2）原位电子显微学表征；3）功能材料的微结构表征；4）结构材料及缺陷、界面、表面，相变与扩散；5）先进显微分析技术在工业材料中的应用；6）扫描探针显微学（STM/AFM等）；7）扫描电子显微学表征（含EBSD）；8）聚焦离子束（FIB）在材料科学中的应用；9）低温电子显微学表征；10）生物显微学研究；11）生物医学和生物电镜技术；12）全国电子显微镜运行管理开放共享实验平台经验交流；13）先进材料。

其中，第十三分会场“先进材料”是本次大会首次设置，邀请了众多材料领域知名学者分享报告，吸引了材料领域与会者的热烈关注。电子显微学技术是探索微观世界，揭示材料科学奥秘的重要手段，因此广泛应用于材料学等领域。以下为部分精彩报告摘要：

报告人：田明亮 教授 安徽大学、中国科学院合肥物质研究院

报告题目：Skyrmionbundles with multiple charges and current-driven dynamics in helimagnets

磁斯格明子(magneticskyrmion)是具有拓扑保护属性的新型涡旋状磁结构，有望在高速度、低功耗磁存储等方面具有潜在的应用前景并成为磁学领域的研究前沿。对于通常的磁斯格明子，其拓扑荷为“+1”或“-1”。由于磁斯格明子霍尔效应，斯格明子在电流驱动下运动往往会发生偏转，这将导致器件设计复杂并难以精准控制。田明亮教授在报告中介绍了任意拓扑荷磁斯格明子—磁束子(multiple chargeskyrmionbundles)的产生、洛伦兹电镜实验观察以及脉冲电流操控运动等，发现拓扑荷为“0”的斯格明子以及在磁畴壁之间运动的斯格明子不会发生偏转，为潜在的多态存贮提供重要支撑。

报告人：马秀良 研究员 松山湖材料实验室

报告题目：晶体科学与传承：从二十面体到氧八面体

无论是晶体还是准晶体，其结构都由点阵和结构单元两部分构成。二十面体是准晶体中重要的结构单元。二十面体结构单元以准周期方式排列构成准晶体，以周期性方式排列便构成周期性晶体（称之为准晶体的近似相）。马秀良在上世纪八九十年代跟随郭可信先生从事准晶体及近似相的电子显微学研究中，在Al基合金中发现并确定20余种晶胞参数以黄金分割比（τ=1.61803...）渐进膨胀（τn）的大单胞新物相，这些晶体都由二十面体或五边形结构单元构成。当n→∞时，晶胞参数无穷大的晶体相转变为准晶体。

氧八面体是马秀良近些年来研究的钙钛矿型铁电氧化物中重要的结构单元。通过脉冲激光沉积，将铁电氧化物(如PbTiO3、BiFeO3等)以原子尺度外延成长在特定的衬底上，外延体系中特性的边界条件以及晶格参数的不匹配导致氧八面体的位移、畸变、旋转等，从而调控出一系列新型铁电极化拓扑结构，如通量全闭合畴、涡旋畴、半子及半子晶格、斯格明子以及周期性电偶极子波等。这些新型铁电拓扑结构的发现为与铁磁材料类比的结构特性增添了新的实质性内容，对探索基于铁电材料的高密度非易失性信息存储器件具有重要意义。

在纪念郭可信先生诞辰100周年之际，马秀良简要回顾过去30余载两度历经的国际前沿、分享发现的乐趣、传承基于电子显微解析的晶体结构与缺陷科学。

报告人：邓意达 教授 海南大学

报告题目：催化材料活性调控与应用

发展高效电化学能源器件对于推动绿色能源发展和实现碳循环具有重要意义。但目前大多数器件性能仍无法满足应用需求，其关键在于核心电催化材料的性能不足。以单原子、团簇为代表的原子级催化剂的催化位点暴露比例高、本征催化活性可调，对于提升电化学能源器件的效率和稳定性提供了有效途径。然而，如何通过调控原子级催化剂的近邻配位结构、电子结构等，来提升材料的催化活性和稳定性是目前该领域面临的关键难题。

针对非贵金属原子级催化剂的本征活性低、稳定性差等问题，邓意达发展了调控催化位点本征催化活性的两种有效策略。一是，提出了单原子催化活性的不对称配位描述符，通过调控催化位点的不对称配位结构，来优化其电子结构，进而提升其催化活性。二是，通过构筑单原子-团簇多级结构，在团簇周围构筑卫星    状单原子，利用团簇对Cl-的强吸附作用，来提高单原子的抗Cl-腐蚀能力，并提升单原子位点的强亲氧特性，从而在单原子与团簇协同作用下，既提高了催化剂在海水环境中的催化活性又提高了抗Cl-腐蚀的稳定性。另外，为推动催化剂走向规模应用开发了单原子催化剂的宏量制备技术，开发了平米级空气膜电极，设计了三明治结构双极膜电池单体，并构筑了从瓦级到百瓦级的空气电池电堆系统，开发的海水空气电池已经在南海开展实况验证。

报告人：王立华 教授 北京工业大学

报告题目：In situ atomic-scale deformation mechanism of metallic materials

材料力学性能与其变形过程中微观结构演化的原子机理直接相关。在原子层次认知材料弹塑性变形过程的原子机理，是其力学性能优化的理论基础。透射电镜具有原子级分辨率，然而要实现在原子层次动态观察材料的变形行为依然非常困难。王立华在报告中介绍了团队发展的具有原子分辨的原位力学实验方法，然后利用该方法研究单体纳米线以及多晶材料的变形机制。报告中还介绍了金属纳米材料变形过程的原位原子尺度观察；研究小尺寸金属纳米材料奇异的弹性，塑性力学行为；研究尺寸、界面对金属弹性极限及塑性变形机制的影响，多晶以及孪晶结构金属材料的变形机制；揭示了晶界结构，晶粒尺寸对多晶金属材料塑性变形机制以及弹塑性能的影响。

报告人：陈江华 教授 海南大学

报告题目：In-situ/3D Transmission Electron Microscopy of Genetic Phase Evolution in Aluminum Alloys

铝合金中的强化相种类多而结构未知，这些强化相颗粒尺寸在单个纳米量级，其结构无法用X射线、中子、电子衍射等传统方法测量。此障碍成为金属相关学科百年来无法逾越的世纪屏障，制约着对高性能铝合金深入理解及其高质量发展。事实上，单个纳米细小颗粒的结构测量问题是材料、冶金、生物等多学科普遍面临的研究方法上的世界难题。

陈江华团队从创新电镜理论方法到自主创立电镜结构测量新技术，又到精准测量系列铝合金中强化相颗粒结构，再到系统解决其相变国际前沿科学问题，取得了系统原创性成果。第一，建立精确计算原子像的普适理论“陈-范代克方法(Chen-Van Dyck methods)”，提出获得可靠实验原子像的2种电子全息技术新方法，创建了系统完备的物镜像差矫正电镜定量原子成像新方法；第二，创立基于原子成像衬度定量分析的材料结构测量全新技术，解决了铝合金中细小强化相颗粒结构精准测量的世纪难题；第三，系统解决铝合金中主要强化相的相变规律问题，并拓展了新电镜技术应用和发展方向。

陈江华团队测定了包括2000系航空航天铝及铝锂合金，6000系汽车铝合金和7000系航空及高铁列车铝合金等主要工业需求铝合金的主要强化相颗粒的精细结构，并揭示了其中非平衡态相变的动态相变规律，提出了“遗传性相演变”的新概念以正确描绘和理解其中的动态相变规律。

报告人：孙立涛 教授 东南大学

报告题目：原子尺度下材料结构的原位调控方法（原子尺度制造方法问题）

原子尺度结构调控（原子制造）是信息产业发展的必然趋势。高集成、高能效、低功耗促进了器件尺寸微型化，并使得制造中的特征加工尺寸不断减小。原子制造已成为技术自身发展的必然趋势，也是制造技术的极限目标。原子级制造基础研究国内外几乎同期探索，是推动制造强国建设的重要机遇。而解决原子制造需要解决制造材料和制造方法。先进材料的发展是提高科技水平和产业经济的重要支柱之一，先进材料的性能及应用与其形貌及结构密切相关，准确理解材料在不同条件下的结构演变机制并发展纳米尺度甚至原子尺度的结构调控方法至关重要。针对这一挑战，孙立涛借助透射电镜在原子尺度探索了电子束、温度场、电场以及液体环境对材料结构演变的影响，阐明结构演变机制，提出基于不同物理场的结构调控方法。孙立涛表示，当前原子制造得到越来越多的关注，是未来芯片制造的重要支撑，而原位可视化是破解科学之谜最直观手段。孙立涛坚信，新技术的广泛应用需要时间，但一定会到来，需要早布局和长坚持，统筹长远规划布局制造装备、产品、检测、软件等。

报告人：赵纪军 教授 华南师范大学

报告题目：Ab Initio Design of Novel 2D Magnetic Materials

二维铁磁体因其在自旋电子学器件上的重要应用而备受关注。从器件应用的角度，亟待寻找更多实验上易于制备、具有高居里温度的铁磁体，并利用界面作用等策略进一步调控材料性能和构建器件。赵纪军首先讨论了二维范德华磁体 XGeTe(X=Cr,Mn,Fe)的高通量筛选，然后讨论了具有磁光调控特性或磁斯格明子的二维铁磁体CrSBr和CrI3层间异质结构。最后，设计了具有反常霍尔电导、多铁特性、磁热效应的几类非范德华二维磁体CrTexSe3-x、AgCr2X4(X = S, Se)、MnCoAs、FeSb。

报告人：赵新宝 教授 浙江大学

报告题目：Co在一种四代镍基单晶高温合金中的作用机制

组织稳定性良好的镍基单晶高温合金是保障航空发动机高压涡轮叶片长寿命的关键因素之一。高难熔元素含量的镍基单晶高温合金长期高温服役下容易析出拓扑密堆相(TCP)相，损害合金的性能。Co具有一定抑制TCP相的作用，但Co对合金组织和蠕变性能的影响还需进一步探明。赵新宝以一种自主第四代镍基单晶高温合金为研究对象，考察了Co含量对合金组织和1100℃/137MPa蠕变性能的作用机理。研究发现，适当增加Co含量减轻了多种难熔元素的凝固偏析，元素的均匀化分布有利于合金的整体强度的提高。Co的添加形成了元素的“逆分配”效应，导致Re、Cr和Mo的分配系数减小，而增加了γ’相形成元素Al的分配系数，也是9Co和12Co合金在蠕变第二阶段的显微组织中的TCP相被抑制的主要原因，增加了合金的组织稳定性。此外，Co的增加导致错配度减小，降低了位错网的密度，影响了长期蠕变后合金内γ’相的含量，均影响蠕变性能。研究条件下合金最佳的Co含量为9 wt.%，为单晶合金的低密度低成本设计提供参考。