微观影响

——不同头发在SEM下的微观分析 前期回顾上期我们探索了优质大米（吃起来劲道的新米）和劣质大米（口感较差的陈米）在显微结构上的差别。随着大米放置时间的增长，米粒内部的化学物质发生了变化，复粒淀粉内部的微粒间键合减弱结合力变弱。本期我们借助扫描电子显微镜以及能谱研究烫发、染发对发质的影响。 序 言爱美之心、人皆有之。随着社会的进步和社交的不断扩展，人们越来越注重自身的外表，女性则更甚之。改革开放以来，做头发作为一种潮流从年轻人群逐渐扩散到各个年龄阶段的人群。很多人频繁出入理发店，做各类各式的头发。在理发过程中，理发师会极力给客户推荐烫发、染发等各种服务。人们通过做头发，改善了自身的外在形象，提高了自我的精神面貌。那么，做头发是否会对发质有不好的影响？这个影响程度有多大？带着这几个问题，小编通过扫描电子显微镜下自然的头发、烫发、染发的显微观察，揭开烫发、染发对发质的影响。本期所选取的头发来自三位健康成人。其中一人的头发自然，未有后天的人为加工；其中一人的头发经过离子烫处理；第三人的头发经过染发的处理。 健康成人的自然头发的显微分析——形貌分析以及成分分析从图1可以看出，健康成人的自然头发结构排列紧密。在较大的放大倍数下，可以看出头发表面主要由片层状的结构组成。这些片层状的结构如鱼鳞一般分布，且“鱼鳞”之间间隔约为11um-15um。图1 健康成人的自然头发形貌图从图2可以看出，健康成人的自然头发的成分。头发的成分主要含有Ca、O、Na、S、K等元素。健康成人的自然头发富有弹性，这与氨基酸链间连接的双硫键和数量更多的氢键密切相关。头发的角蛋白由一种颇长的氨基酸链组成，其中大多数是胱氨酸。每条链皆为螺旋形，然后再成束卷或绳索样。每个胱氨酸单位有两个半胱氨酸，邻近的两条链中的半胱氨酸通过二硫键形成强的化学结构。众多的双硫键的连接使角蛋白象一只长梯。双硫键的结合很牢固，远大于氢键的结合力，只有用化学的方法才能使其断开。图2 健康成人的自然头发成分图 烫发、染发对头发的微观形貌的影响——形貌分析 从图3可以看出，经过离子烫以及染过的头发与自然的头发在形貌上有一定的区别。自然的头发表面平整，密布着大量的鱼鳞状结构。经过离子烫的头发的表面不平整，有一定的鱼鳞状结构的分布，且有一定量的较大的颗粒状物质分布。这些物质是由于头发经历离子烫的过程中产生的。经过染发处理的头发表面较平整，几乎没有鱼鳞状结构的分布，且有少量的较小的颗粒状物质分布。图3 健康成人的自然头发（a）、烫发（b）、染发（c）的低倍形貌图 从图4可以看出，烫发和染发对头发有一定的损伤。自然的头发表面的鱼鳞状结构有序排列。经过离子烫的头发表面的鱼鳞状结构受到了一定程度的损伤，这些损伤后形成的物质构成了前文中颗粒物的一部分。经过染发的头发表面几乎没有鱼鳞状的结构，只能在头发的局部发现少量未损伤完全的鱼鳞状结构。图4 健康成人的自然头发（a）、烫发（b）、染发（c）的高倍形貌图? 烫发、染发对头发的成分的影响——成分分析 从图5可以看出，烫发和染发对头发有一定的影响。经过烫发和染发处理的头发的S元素的含量较少、Na元素的含量较多。烫发和染发时，卷发器将头发的角蛋白中的多肽链拉长，这时还原剂很容易使二硫键切断，而氧化剂则在拉长后的位置上形成新的二硫键，理论上头发因而形成和维持新的形态。但实际上仍有相当部分二硫键断开，因而降低发质。图5 健康成人的烫发（a）、染发（b）的成分图? 后记 通过扫描电镜显微观察以及能谱的成分分析，可以看出染发和烫发对发质有一定的损害。人们在追求外在美的同时，更因该追求内在美。热爱祖国、团结邻舍、爱岗敬业，锻炼自己的体魄和提高自身的修养。古人说修心养性。只要有健康的人生态度和体魄，即使不做头发也可以很美。

——不同头发在SEM下的微观分析 前期回顾上期内容我们通过显微分析技术，探究了色彩斑斓的蝴蝶之美，本期在女神节到来之际，我们借助扫描电子显微镜以及能谱研究烫发、染发对发质的影响。序 言3月8日是普天同庆的女神节，爱美之心、人皆有之。随着社会的进步和社交的不断扩展，人们越来越注重自身的外表，女性则更甚之。改革开放以来，做头发作为一种潮流从年轻人群逐渐扩散到各个年龄阶段的人群。很多人频繁出入理发店，做各类各式的头发。在理发过程中，理发师会极力给客户推荐烫发、染发等各种服务。人们通过做头发，改善了自身的外在形象，提高了自我的精神面貌。那么，做头发是否会对发质有不好的影响？这个影响程度有多大？带着这几个问题，小编通过扫描电子显微镜下自然的头发、烫发、染发的显微观察，揭开烫发、染发对发质的影响。本期所选取的头发来自三位健康成人。其中一人的头发自然，未有后天的人为加工；其中一人的头发经过离子烫处理；第三人的头发经过染发的处理。健康成人的自然头发的显微分析——形貌分析以及成分分析从图1可以看出，健康成人的自然头发结构排列紧密。在较大的放大倍数下，可以看出头发表面主要由片层状的结构组成。这些片层状的结构如鱼鳞一般分布，且“鱼鳞”之间间隔约为11um-15um。图1 健康成人的自然头发形貌图从图2可以看出，健康成人的自然头发的成分。头发的成分主要含有Ca、O、Na、S、K等元素。健康成人的自然头发富有弹性，这与氨基酸链间连接的双硫键和数量更多的氢键密切相关。头发的角蛋白由一种颇长的氨基酸链组成，其中大多数是胱氨酸。每条链皆为螺旋形，然后再成束卷或绳索样。每个胱氨酸单位有两个半胱氨酸，邻近的两条链中的半胱氨酸通过二硫键形成强的化学结构。众多的双硫键的连接使角蛋白象一只长梯。双硫键的结合很牢固，远大于氢键的结合力，只有用化学的方法才能使其断开。图2 健康成人的自然头发成分图烫发、染发对头发的微观形貌的影响——形貌分析 从图3可以看出，经过离子烫以及染过的头发与自然的头发在形貌上有一定的区别。自然的头发表面平整，密布着大量的鱼鳞状结构。经过离子烫的头发的表面不平整，有一定的鱼鳞状结构的分布，且有一定量的较大的颗粒状物质分布。这些物质是由于头发经历离子烫的过程中产生的。经过染发处理的头发表面较平整，几乎没有鱼鳞状结构的分布，且有少量的较小的颗粒状物质分布。图3 健康成人的自然头发（a）、烫发（b）、染发（c）的低倍形貌图 从图4可以看出，烫发和染发对头发有一定的损伤。自然的头发表面的鱼鳞状结构有序排列。经过离子烫的头发表面的鱼鳞状结构受到了一定程度的损伤，这些损伤后形成的物质构成了前文中颗粒物的一部分。经过染发的头发表面几乎没有鱼鳞状的结构，只能在头发的局部发现少量未损伤完全的鱼鳞状结构。图4 健康成人的自然头发（a）、烫发（b）、染发（c）的高倍形貌图烫发、染发对头发的成分的影响——成分分析 从图5可以看出，烫发和染发对头发有一定的影响。经过烫发和染发处理的头发的S元素的含量较少、Na元素的含量较多。烫发和染发时，卷发器将头发的角蛋白中的多肽链拉长，这时还原剂很容易使二硫键切断，而氧化剂则在拉长后的位置上形成新的二硫键，理论上头发因而形成和维持新的形态。但实际上仍有相当部分二硫键断开，因而降低发质。图5 健康成人的烫发（a）、染发（b）的成分图后记 通过扫描电镜显微观察以及能谱的成分分析，可以看出染发和烫发对发质有一定的损害。人们在追求外在美的同时，更因该追求内在美。热爱祖国、团结邻舍、爱岗敬业，锻炼自己的体魄和提高自身的修养。古人说修心养性。只要有健康的人生态度和体魄，即使不做头发也可以很美。

导读随着“2020年第七届中国汽车轻量化国际峰会”的日益临近及《国家第六阶段机动车污染物排放标准》的发布与实施，在环境保护和节能降耗法规要求日趋严格的当下，轻量化已成为中国汽车产业发展的重要方向和必然趋势。 其中对车身的轻量化更是提高汽车动力性、降低油耗、保护环境的关键。车身轻量化与使用材料密切相关，如镁合金、铝合金等金属结构材料、工程塑料及其复合材料在轻量化中起到重要作用。采用工程塑料及其复合材料可减轻汽车零部件约40%的质量，可降低成本40%，因此开发工程塑料和复合新材料是车身轻量化发展的趋势，其中PP（聚丙烯）和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）应用最为广泛。 塑料及其复合材料的应用场景 为什么在汽车材料轻量化中大量应用PP、PMMA?今天，我们要对PP、PMMA做两个有趣的试验： 1. 宏观视界下的拉伸 PP、PMMA在常规的静态测试外，可能会受到动态变形的影响，例如，在涉及运输设备的碰撞和产品掉落时。因此，为了保证可靠性，还必须进行冲击试验。特别是，由于聚合物塑料具有粘弹性，（既有粘性又有弹性），其力学特性表现出对环境温度、时间和变形速率的依赖性。 采用岛津AGX-V电子万能试验机和HITS-TX高速拉伸试验机可以研究PMMA/PP与试验速度关系。 应力-行程曲线 试验结果 高速拉伸试验中PMMA和PP的拉伸强度均高于静态拉伸试验，证实了这两种塑料材料拉伸强度的试验速度依赖性。 2. 微观视界下的断口 当发生损坏、故障事故或劣化时，我们通常迫切需要调查原因和提出对策。塑料的失效形式多种多样，包括静态断裂、冲击断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、环境引起的断裂等。根据分析不同类型的断裂原因，可以观察到具有不同特征的断裂面，这表明可以通过断口观察来确定损伤的原因，并研究解决损伤的方法。拉伸试验后，我们选择对PP试样的断口进行镀金，并用光学显微镜和EPMA进行观察。 电子探针EMPA8050G 在PP断裂表面镀金，并用光学显微镜和EPMA进行观察。静态拉伸试验和高速拉伸试验后的聚丙烯断裂表面分别如下图所示。（a）为光学显微镜图像，（b）-（d）为电子探针二次电子像。 对比PP静态拉伸微观图（a）与PP动态拉伸微观图（a）可见，与高速拉伸试验的断口面积相比，静态拉伸试验的断口面积明显较小，这应该是由于静态拉伸断裂时，塑性变形伴随着颈缩而导致的。 静态拉伸微观图 在PP静态拉伸微观图（b）中的断裂面中部，可见纤维断裂面以韧性方式伸长。对 PP静态拉伸微观图（b）的中心区域及其左侧区域进一步放大，结果见PP静态拉伸微观图（c）及（d）。由PP静态拉伸微观图（c）可见树脂纤维伸长的情况。PP静态拉伸微观图（d）显示断面上有许多孔，这是由树脂（如低分子量物质）或杂质等微观缺陷等形核长大而导致的。 高速拉伸微观图 在高速拉伸试验中，断裂处没有出现颈缩现象，整个断口呈扁平、粗糙的片状。对断面中心及边部进一步放大，结果见PP动态拉伸微观图（c）及PP动态拉伸微观图（d），可见，中部和边部的断口形貌无明显差异。据此可推断，随着试验速度的提高会导致无塑性变形的脆性断裂。 结 论 岛津具有丰富的产品线，在宏观方面：拥有各种静态试验机与动态试验机，可以提供力学测试，并进行定制化夹具设计；从微观方面：拥有电子探针EMPA等各种微观测试仪器，可以提供表面分析数据，为客户提供一整套服务与方案。岛津为汽车改性塑料的快速发展提供帮助，在汽车安全性的基础之上实现汽车轻量化，为营造和谐绿色的环境做出贡献，创造崭新的明天。

仪器信息网讯 4月20日，由牛津仪器科技（上海）有限公司和中国科学技术大学共同主办的“中科大牛津仪器微观分析论坛”线上成功举办，中科大多位微观分析专家及牛津仪器的应用工程师们依次分享了近扫描电镜、透射电镜、EDS、EBSD、原子力显微镜等近20类主流微观表征技术及在材料、半导体、生命科学等热点领域的应用进展。作为同期重要内容，论坛也进行了明日之星奖学金颁奖仪式，仪器信息网网络讲堂栏目实时转播了本次论坛。牛津仪器中国区总裁 何峻 致辞开幕致辞中，牛津仪器中国区总裁何峻首先对中国科技大学的各位领导、老师、同学，以及在线各位同仁的参加及对牛津仪器的支持表示感谢。接着，分享了牛津仪器的发展历程，从六十余年前的马丁伍德爵士在英国创建，到发展成为一家销售服务网络遍布全球的跨国公司；从二十多年前正式进入中国市场，再到业务的飞速发展等。同时，牛津仪器也在不断履行对中国客户的承诺，不断加大在中国的投入，在过去一年里，通过加强应用、服务团队，成立专业的维修服务团队等措施大幅提升了对中国用户的支持能力。最后向获得本次“明日之星奖学金”的各位同学表示祝贺，希望籍此为各位同学的学业成功略尽绵薄之力，预祝各位同学在未来的学习和工作中可以取得佳绩。据中科大公共实验中心办公室主任周宏敏介绍，牛津仪器和中科大已有近八年的紧密合作，在合作过程中，帮助中科大在科研取得了丰硕的成果。从牛津仪器2014年在中科大设立“牛津仪器明日之星奖学金”至今，已有四十多位同学获得奖学金，获奖者涵盖了理化中心、工程与材料中心和微纳中心，去年也覆盖到了生命中心。本年度“明日之星奖学金”，经过评委的严格评审，最终颁发给8位同学，活动现场，中科大公共实验中心主任侯中怀教授为获奖者进行了颁奖。中科大校公共实验中心主任侯中怀教授为获奖学生颁发牛津仪器明日之星奖学金证书颁奖仪式后，围绕材料/半导体微观分析技术、生命科学微观分析技术两大主题，10位中科大微观分析专家、牛津仪器应用专家分别分享了精彩报告，近20类主流微观表征技术与材料、半导体、生命科学等热点领域应用在云端展开思维碰撞。以下为报告内容摘要，详细精彩内容，点击查看报告回放视频（回放视频即将上传）。材料/半导体微观分析技术系列报告中国科学技术大学理化科学实验中心工程师孙梅概要分享了原位液体透射电镜技术。技术概要方面主要列举了不同液体池构造基及其优缺点，组装方法。电子束的影响方面，主要介绍了化学成分变化及温度变化的影响。基于原位液体电镜刻蚀研究方面，主要介绍了采用非原位手段来证明原位结果有效性的相关案例。牛津仪器应用科学家马岚介绍了牛津仪器材料制备与材料表征技术。材料微纳加工制备方面，针对大尺寸样品，牛津仪器相关技术包括晶圆级别刻蚀、气体沉积等设备；针对小尺寸样品，则包括OmniProbe系列纳米操纵手等技术。材料表征方面，则主要分享了成分分析的EDS技术、结构表征的Raman、EBSD、物理性能的AFM等。中国科学技术大学微纳研究与制造中心工程师王秀霞分享了等离子体刻蚀技术及在微纳米加工中的应用。通过化学或物理方法在目标功能材料的表面进行选择性去除，最终形成所需的特定结构，是微纳加工技术中微纳米图形结构转移的主要方法。报告依次分享了等离子体刻蚀的基本原理、NRFC等离子体刻蚀设备与工艺，最后详细展示了等离子体刻蚀相关加工案例。中国科学技术大学 工程与材料科学实验中心高级工程师田杰详细分享了扫描电镜的结构、原理及应用。电子波长远小于可见光波长，用电子束作为照明源，可极大提高显微镜的分辨率，这成为电镜的理论基础。报告从光学显微镜分辨率极限讲起，通过对比光镜与电镜的比较，讲解了电镜的原理及结构。接着依次介绍了扫描电镜的形貌分析、扫描电镜的能谱应用、扫描电镜的EBSD应用等。生命科学微观分析技术系列报告中国科学技术大学生命科学实验中心晶体学平台主管朱中良分享了基于X-射线单晶衍射仪的薄膜样品自动测试平台的研制进展。薄膜样品自动测试平台的研制目的主要是基于现有X-射线单晶衍射仪实现生物结构组织晶体种类和晶体取向的分析。报告主要分享了该研制平台的空间匹配、精度、适应性控制程序等技术难点与对应解决方案、研制成果，以及研制测试平台的实际应用案例。牛津仪器应用科学家潘茗茗介绍了牛津仪器弱光检测及三维成像解决方案。牛津仪器旗下Andor拥有全球弱光探测、解析及成像系统制造技术，报告首先介绍了Andor弱光成像与光谱技术、Dragonfly高速显微成像系统、BC43台式共聚焦等产品技术的发展历程及在生命科学领域的应用进展。接着介绍了WITec生物拉曼快速成像系统在生物医学领域的优势与应用情况。中国科学技术大学生命科学实验中心显微成像平台主管刘振邦介绍了激光共聚焦显微镜成像技术及应用。激光共聚焦显微镜在生物及医学等领域的应用越来越广泛，已经成为生物医学实验研究的必备工具。报告依次分享了激光共聚焦显微镜的原理、结构，接着分别介绍了单光子激光共聚焦显微镜、双光子共聚焦显微镜的各自优势及应用进展。中国科学技术大学技术工程师唐培萍介绍了前沿透射电子显微成像技术在生命科学中的应用。经典生物电子显微成像技术方面，报告主要分享了负染色体制样技术、常温超薄切片技术的技术进展及对应技术流程。现代前沿电子显微成像技术方面，主要分享了时下应用火热的高分辨冷冻电镜技术和冷冻电镜断层成像与关联显微成像技术，并分享了两种技术优势、成像实验流程，以及系列典型应用案例。中国科学技术大学生命科学实验中心分子互作分析平台主管欧惠超分享了基于SPR技术的传感芯片的研制及其应用。SPR技术几乎可以检测多有的生物分子，而芯片则是SPR分子互相分析的关键载体。报告从rBSA羧基芯片制备与测试、高亲和力NTA芯片研究、高载量CN5芯片研究等方面详细介绍了团队基于SPR技术的传感芯片的研制及应用进展。中国科学技术大学生命科学实验中心质谱平台主管吴高分享了纳升液相色谱质谱联用仪常见故障分析及排除。纳升液相色谱质谱联用仪适用微量甚至痕量样品的分析。而仪器的日程维护保养对仪器的灵敏度、稳定性和使用寿命至关重要。报告分别针对色谱和质谱常见故障分别进行了解读，并逐一给出解决方案。相关经验包括样品前处理、使用的试剂纯度可以减少仪器发生堵塞几率；时刻观察仪器状态，对故障进行预排，可以极大降低故障率等。

p style="text-indent: 2em "近年来，古陶瓷微观鉴定成为陶瓷鉴定新思路，其科学、实用、便捷、廉价的优势，在广大收藏爱好者中得到了普遍运用，并且在陶瓷鉴定上，已经发挥出不可代替的作用。但由于古陶瓷微观鉴定方法刚刚起步，理论研究和样本系统尚未跟上，致使不少应用者不得其法，走入误区 文物界和目鉴行家也往往对之持怀疑态度。/pp style="text-indent: 2em "因此，严肃、认真、系统地对古陶瓷微观鉴定进行理论研究、经验总结和样本数据库的创建就十分迫切了。5月30日，中国收藏家协会“华源上手”培训部、景德镇陶瓷考古研究所与3R北京深入合作出版发行的古陶瓷微观鉴定学术专著——《景德镇元明瓷微观特征初探》一书出版上市，为陶瓷微观鉴定提供有效资料参考。/pp style="text-indent: 2em "该书介绍了古陶瓷微观鉴定的发展现状和基本方法，报告了景德镇元明瓷的微观现象和特征 集纳了景德镇考古研究所出土的约200件元明瓷标本的宏、微观图录，书中对权威标本微观特征的客观展示最具价值，是未来微观数据库的一块基石。/pp style="text-indent: 2em "有了古陶瓷微观鉴定权威书籍参考，最重要的环节就是要有古陶瓷微观采集专用仪器。《景德镇元明瓷微观特征初探》一书所采用的微观拍摄仪器为国内数码显微镜的领军品牌3R Anyty(艾尼提)，运用无线200倍便携式显微镜深入到古陶瓷的釉、胎微观层面，按朝代、种类系统排列，并做了深入的比对、统计、研究，成为陶瓷微观鉴定标准仪器。/pp style="text-indent: 2em "Anyty(艾尼提)便携式无线显微镜是自带WiFi热点，可随时随地的与手机、平板等移动设备进行连接，突破传统显微镜的使用环境的局限性 另外Anyty(艾尼提)无线显微镜画面清晰、无色差，可使陶瓷微观数据更加精准 无线传输速度快，画面无延迟，以优质体验收到陶瓷研究领域用户的充分认可和好评，是陶瓷微观鉴定标准仪器。/pp style="text-indent: 2em "Anyty(艾尼提)便携式无线显微镜是陶瓷微观鉴定标准仪器，由3R国际集团北京爱迪泰克科技有限公司隆重出品，欢迎广大文博单位、拍卖公司、考古所以及个人收藏家咨询合作，为古陶瓷等微观鉴定、备案提供强有力支持。/p

序 言贝壳做为水边软体动物的外壳，由软体动物的一种特殊腺细胞的分泌物所形成的钙化物，具有保护动物本身的作用。一、贝壳的种类说到贝壳的种类，可以说是五花八门，主要分为五大纲：腹足纲（有法螺宝螺、蜒螺）、头足纲（鹦鹉）、多板纲、撅足纲（似象牙）、双壳纲（俩壳）。其形态也是千差万别，但是最有名的要数四大名螺了：万宝螺、唐冠螺、凤尾螺和鹦鹉螺。图1、四大名螺：万宝螺、唐冠螺、凤尾螺和鹦鹉螺二、贝壳的成分虽然贝壳的形态各自不同，但是其主要成份基本相同，分为95%的碳酸钙和少量的壳素。贝壳一般主要分为三层，褐色的角质层（壳皮），薄而透明，有防止碳酸侵蚀的作用，由外套膜边缘分泌的壳质素构成；中层为棱柱层（壳层），较厚，由外套膜边缘分泌的棱柱状的方解石构成，外层和中层可扩大贝壳的面积，但不增加厚度；内层为珍珠层（底层），由外套膜整个表面分泌的叶片状霰石（文石）叠成，具有美丽光泽，可随身体增长而加厚。图2是虎斑贝贝壳，可以看出斑点状的花纹。图2、虎斑贝贝壳三、台式电镜下的贝壳那么现在就让我们用coxem台式扫描电镜对我们常见的鲍鱼壳进行显微结构的观察，进一步了解其微观结构吧。图3是我们进行观察的鲍鱼壳，可以看出存在多个孔洞，表面显现出彩色的花纹。图3 、我们选择观察的鲍鱼壳的光学照片进一步我们用coxem台式电镜对鲍鱼壳的截面进行观察，可以看出片层状的结构（图4所示）。进一步放大可以看出片层状的文石结构以及不定形的有机结构颗粒。可以看出贝壳是由片层结构之间相互重叠组成的，其片层结构厚度大约为400nm（图5）。这些无机的片层状的结构的主要成份是CaCO3，提供了贝壳的强度性能，而存在于层状结构间隙的非定形结构的有机蛋白提供了贝壳的韧性，因此，这种砖块加水泥型的微观结构，造成了贝壳的既有一定的强度又有一定的韧性的特征。图4、贝壳的片层状图5、贝壳的片层结构的放大图后 记经过对贝壳的微观结构的观察，可以看出生物材料中的为微纳米结构的特殊排布，可以对材料的性能产生重要的影响，也使我们认识到应该进一步向自然界学习。下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

引子 各位看官，小编今天出一道竞猜题，请问上图欧波同LOGO是用什么材料做成的？小编声明在先，猜对没奖。前期回顾 书归正传，前两期内容我们通过显微分析技术，探索了2009版的美元防伪蓝条和我们的粮食——大米的微观结构，本期我们的题目是【‘蝶’影重重】。序言 还记得我们第三期节目中美元防伪蓝条么？那一期我们通过显微分析美元MOTION安全线解开了微透镜阵列成像技术之谜。小编觉得呢，人不能只为money活着，还要有诗和远方，春天到了，没事多出去走走，看看这美丽多彩的世间万物，比如说——蝴蝶。蝶儿为什么这样‘炫’？ 先来看看小编的这只蝴蝶标本吧 剪取翅膀黄色和绿色部分，置于偏光显微镜和扫描电镜内观察，结果如下：偏光显微镜下，我们的蝴蝶翅膀上可以看到绿色翅膀部分有好多鳞片紧密排列，而鳞片上还有微细的结构，是不是还有更小的结构呢？这些细小结构对发光有没有影响呢？我们随后用ZEISS场发射扫描电镜进行超低电压观察（原因是蝴蝶翅膀不导电、怕辐照、观察原始形貌又不能喷金）。扫描电镜下图像 绿色部分 图A中可以发现蝴蝶翅膀上鳞片鳞次栉比，且有分层，上层鳞片局部放大（图B、图C）清楚可见鳞片上有很多脊脉和微小凹坑。 黄色部分 黄色部分微细结构明显与绿色的结构不同，排列紧密呈条纹状的脊脉（图B、图C）。这些结构难道就是蝶儿这么“炫”的原因？原理解析 其实呢，自然界生物的色彩原理有科学家研究过，有兴趣的朋友可以自行度娘或Google。对于蝴蝶来说，它身上斑斓的色彩来源于鳞片内含有的色素和鳞片的这些细微结构，称之为鳞片的化学色和结构色，色素色彩的变化主要来源于对不同频率光的吸收，而结构性色彩，其原理是利用周期性结构，即光子晶体，对光的反射、透射等进行调控。 所谓化学色，也叫色素色是指鳞片由于含有不同的色素而显现出不同的颜色。蝴蝶翅膀的色素一般有黑色素(melanins)，黄酮类物质(flavonoids)，蝶呤(pterins)和眼色素(ommochromes)等四种。比如，蝶呤可以增强光线在单个鳞片里的反射，因而蝶呤含量高的鳞片会表现艳丽的色彩；而黑色素是高分子聚合物，会同时吸收UV和可见光，一般表现为蝴蝶翅膀斑斓花纹底下默默付出的黑色和深棕色的背景。每片鳞片都是由一个表皮细胞产生的，有自己独特的颜色，各色的鳞片们像瓦片一样彼此重叠，拼凑出眼点，条纹和渐变色等等图案（见下图）。 结构色是鳞片表面的微观物理结构产生的。这些微观结构，比如鳞片内的多层片状薄膜（也叫肋状结构，肋片），使光波发生干涉、衍射和散射而产生了比化学色更加绚丽的颜色。这些色彩可以因不同视距、视角等因素而变化，泛着金属般的光泽，又称为彩虹色。几乎没有蝴蝶不具有结构色，尤其是闪蝶科和凤蝶科的蝴蝶。比如这只来自印尼的爱神凤蝶（见下图）。 这种现象原理是什么呢？我们都知道，光从一种介质进入到另一种介质，会同时发生光的反射和折射。如果一束自然光（白光）进入一个厚度为d的薄膜，会在薄膜的上表面发生一次反射，同时折射进入薄膜。由于白光是由各色光组成的，各色光的折射角不一样，第一次折射就将赤橙黄绿青蓝紫不同波长的光分离出来了。这些不同波长的光再遇到薄膜的下表面，又会发生一次反射和折射，若存在多个薄膜则依次类推。这样，各色光线的第二次反射光线，和它们的第一次反射光线，频率相同，传播方向相同，具有了干涉的基本条件。而当同样波长的光发生相长干涉时，所产生的光亮度则是色素发光没法儿比的。【上图：白光遇到薄膜时发生的折射和反射。下图：当两列相干光波相遇时，如果位相差异为波长的整数倍，那么它们的波峰会和波峰相遇，波谷会和波谷相遇，光波的振幅变大，亮度提高，这种现象叫做相长干涉（constructive interference）。图片来自HowStuffWorks】 后记总之，鳞片的化学色构成蝴蝶静态的美丽花纹，而结构色，则赋予静止花纹以生命，让它随着光线发生动态的变化。正是这两种色彩的水乳交融，让自然界造就出那么多色彩斑斓的蝴蝶。刚开始的无奖问答大家想必有答案了吧？对！是蝴蝶翅膀！下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

一、前期回顾 上期我们发现纸币防伪条之所以呈现不同色彩和形貌是因为特殊的微观结构所导致（详细情形见第三期文章），材料的微观结构对宏观的光学性能巨大的改变。由于大部分读者在上期投票中选择【B选项：1元/斤的大米和10元/斤的大米在显微镜下有何区别。】 那么今天笔者带领大家来一起探索优质大米（吃起来劲道的新米）和劣质大米（口感较差的陈米）在显微结构上有什么不一样。二、序 言金属的强度、韧性、脆性与它的微观组织结构有很大的联系：韧性强的金属材料会发生韧性断裂，在断口的断面会观察到有典型“韧窝”特征的韧性断裂区；脆性大的金属会发生脆性断裂，在断口的断面会观察到有典型“台阶”特征的解理断裂区。这些不同的断口形貌是由微小的热处理工艺或材料成分的微小差别所引起的，不同的微观组织形貌代表了不同的金属材料生产工艺。那么我们猜想：是否可以通过显微形貌分析来判断生长周期不一样、或者营养成分/化学物质不一样的农作物呢？三、大米断面显微形貌分析，大米淀粉形貌及淀粉复粒形貌本期选择同种大米的两个不同时期（新米10元/斤、存放半年的陈米6元/斤）的样本进行微观形貌的拍摄，来研究放置时间长的大米除了靠气味和口感上的差异来区分外，是否可以通过材料显微分析的手段来进行辨别。 1. 大米断口分析 大米断口显微形貌图 如上图A所示，我们把大米粒掰断后可以看到大米粒断口是有形貌特征的。放大到100倍下如图B我们可以看到有类似金属沿晶断口及窝韧形貌特征的存在。图C是窝韧特征的细节放大图，可以发现是由10μm左右的一粒粒大米淀粉微粒组成的、断口高低起伏且小一点的淀粉微粒棱角分明。图D是大米内部淀粉复粒组成的，大米复粒表面比较光滑，复粒淀粉之间的交界面都很平滑，且复粒内不光有淀粉微粒，微粒之间还会有蛋白质存在（表面黑色条纹部位）。 从上图我们可以看出大米颗粒是由一粒粒淀粉微粒所组成的复粒淀粉粒所组成，当断裂部位是沿复粒淀粉截面扩展时，断口呈现平滑的沿晶裂纹特征；当断裂部位穿过复粒淀粉而扩展时，断口呈现穿晶断裂。 不同大米由于生长周期及成分都有差别，导致了淀粉微粒、淀粉复粒的形貌及它们之间的结合力各不相同，因此不同大米的断口形貌也完全不一样。 2. 复粒淀粉沿晶/穿晶断口形貌分析 复粒淀粉穿晶断裂（左）和沿晶断裂（右）形貌差异对比 上图左是复粒淀粉断裂时的断口形貌，可以发现中间的淀粉微粒周围暗色的部分是大米内部的蛋白质，一个个淀粉微粒是由蛋白质连接起来的，其中画红圈的部分是大米内部的脂质颗粒，该颗粒在新大米断口处几乎没有，而在陈旧大米内部有很多，推测该脂质的析出导致了连接淀粉微粒的蛋白质发生了变化，导致大米复粒内部黏合力发生改变。上图右是大米淀粉复粒表明断口图，可以看出断口处非常平滑，正常情况下淀粉复粒间的结合能是远低于淀粉粒间内部结合能的，所以断裂一般都发生在淀粉复粒平滑处。 3. 新米与陈米断口微观形貌结构对比陈米（左）与新米（右）断口显微形貌差别 在显微镜下我们可以看到陈米断口（上图左）相较于新米断口（上图右）呈现更多的“窝韧”形貌特征，断裂面穿过了大米复粒淀粉。而新米大部分断口为“沿晶”解理，断裂面沿淀粉复粒扩展。拍摄结果表明正常新米内部的结合是复粒淀粉内部大于复粒淀粉边界的。随着大米放置时间的增长，米粒内部的化学物质发生了变化，导致复粒淀粉内部的微粒间键合减弱结合力变差，断裂裂纹面主要由从复粒淀粉边界扩展变为从复粒淀粉穿过后断裂。 四、后 记 “天空没有翅膀的痕迹，但是鸟儿却飞过”。不同于鸟儿在天空飞过没留下痕迹，任何材料的生产和合成所经过的工艺都会在材料内部留下显微痕迹，通过显微技术来辨别材料的显微形貌/结构的特征，可以轻易的判断出材料的生产工艺及历程。例如现阶段人们已经开始利用显微镜来鉴别区分不同植物、动物的品种，从而为原材料把控、溯源、生产过程质控提供了重要指导依据。 下期主题（动物）三选一： A、蝴蝶翅膀在阳光下产生绚丽颜色的原因。B、年轻人及老年人头发表面及断面的形貌差异。C、过期变质食物中的细菌。

p　　日前，国家标准委发布201项拟立项推荐性国家标准项目征求意见的通知，其中国家标准计划《溶液聚合丁苯橡胶(SSBR)微观结构的测定 第2部分：红外光谱ATR 法》由TC35(全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会)归口上报，TC35SC6(全国橡胶与橡胶制品标准化技术委员会合成橡胶分会)执行，主管部门为中国石油和化学工业联合会。主要起草单位 中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院 、中国石油天然气股份有限公司独山子石化研究院 、国家合成橡胶质量监督检验中心 、怡维怡橡胶研究院有限公司 。项目周期24个月。/pp　　SSBR的微观结构含量直接影响着抗湿滑性，滚动阻力、冲击强度、软化温度和硫化特性等重要性能，因此SSBR微观结构含量的控制在SSBR工艺技术研究、新产品开发、产品质量控制等工作中具有重要意义。目前，测定SSBR微观结构含量的方法有核磁共振法与红外光谱法。/pp　　核磁共振法需要配备核磁共振仪，因该仪器价格昂贵，维护、运行成本很高，不是通用型仪器，运用不广泛，很少用于常规检测，多用于标准物质定值。/pp　　红外光谱法是测定SSBR微观结构含量的通用方法。测定SSBR微观结构的红外光谱法包括红外光谱溶液涂膜方法和红外光谱ATR方法。GB/T 28728—2012规定了采用核磁法和红外光谱溶液涂膜法，对SSBR中微观结构含量进行定量测定的分析方法。但红外光谱溶液涂膜法需要将样品溶解再涂膜，溶解过程需要5个小时以上。且涂膜法直接读取吸光度，没有采取通常的扣除基线法，因此，基线对测定结果的影响很大。而且溶解的完全性和膜片的光滑、平整性都会影响基线，从而对测定结果产生较大的影响，测定结果的重复性不是很好。同时，该方法需要将样品溶解，对环境和实验人员健康有一定的不良影响。/pp　　ATR(衰减全反射)技术通过样品表面反射的光信号获得样品表层有机成分的结构信息。该技术由于无需溶解样品，也不需要制备样品盐片及设置透射池，并无损样品表面，完成1次测定只需要1分钟，且不消耗任何原材料和备品备件，方便、环保、快速，因此被广泛用于物质成分的定性和定量分析。/pp　　目前国内尚没有测定SSBR微观结构含量的红外光谱ATR法的相关标准，为了与国际标准接轨，扩大国际交流，同时也为SSBR的科研、生产、外贸提供一个统一、方便快捷、环保的微观结构测定方法，因此制定该标准十分必要。/pp　　本标准规定了采用红外光谱衰减全反射(ATR)法，对溶液聚合丁苯橡胶(SSBR)中丁二烯单体的微观结构和苯乙烯单体的含量进行定量测定的分析方法。 适用于溶液聚合丁苯橡胶，不适用于乳液聚合丁苯橡胶。/pp　　主要技术内容如下： 1)获得ATR谱图的步骤。 2)丁二烯微观结构和苯乙烯含量的测定：每个微观结构组分相应吸光度的测定 微观结构的计算( 每一个吸收谱峰的基线校正、吸光度的比值、二阶项、苯乙烯和微观结构的质量百分含量通过回归方程得到、微观结构的质量百分含量) 3)精密度。 4) 微观结构回归方程的获得。 5)核磁法测定微观结构。/ppbr//p

在我们肉眼看不到的纳米世界可能隐藏着意想不到的精彩一群天大学子用严谨的科学态度和鲜活的艺术创造力透过显微镜发现世界之美通过少许着色呈现自然之美在纳米的天地这些微小的结构有如美轮美奂的画作不禁让人感叹科学的奇妙腊 梅作者：胡瑾图片是用学院的Hitachi S-4800场发射扫描电子显微镜拍摄的。采用水热法制备了泡沫镍上负载的Ni-Zn-S用于电催化水分解。棕色的泡沫镍像是梅花的树干，上面生长的一颗颗几微米的合金，像一朵朵鲜红的梅花。在寒冷的冬天，树叶还未见长出来几片，一朵朵鲜红的梅花却不畏寒冬，争先绽放，为败落稀零单调的寒冬，增添了闪亮的色彩。晴空樱花作者：胡瑾图片是用学院的Hitachi S-4800场发射扫描电子显微镜拍摄的。该样品是采用水热法制备的泡沫镍上负载的Ni-Zn-S，用于电催化水分解。春暖花开，站在樱花树下，抬头仰望天空，樱花像一只粉色的蝴蝶在蔚蓝的天空下飞翔。泡沫镍像一棵树干，反应釜里的溶液像大地的养分，一直保持的溶液温度像太阳的光照，经历了十几个小时的保温，泡沫镍上不断的长出绽放的花朵。秋菊作者：胡瑾图片是用学院的Hitachi S-4800场发射扫描电子显微镜拍摄的。采用水热法制备了泡沫镍上负载的Zn-Co-S用于电催化水分解。世间万物，息息相关。如果不看下面的标尺，以为这就是一朵完美绽放的菊花。不禁感叹，在微观的世界，也存在着这么精致的花朵。它们在自己的小天地下静静地绽放。七彩作者：王禹轩拍摄仪器：冷场发射扫描电镜 s4800样品材料：本样品是通过1300度高温快速灼烧1分钟的纯钼，作为制备氧化物弥散强化合金（ODS）的第二相弥散体。ODS由于其优异的抗蠕变性能、良好的高温组织稳定性和良好的抗辐照性能，其常被应用于高温涡轮发动机叶片以及换热器管道等应用中。艺术处理：通过本方法处理纯钼展现出规整的微观结构，以此为基础通过后期处理试图描绘一幅彩虹色宝石原石的照片。通过不同颜色配色及灰色底色的映衬展现出整体的色彩丰富度。三维多孔碳材料作者：杨浩然样品材料为三维多孔碳材料，使用蔡司热场扫描电镜Sigma 300拍摄。样品以氯化钠为结构模板，葡萄糖为碳源，经过冻干和热处理后获得碳包覆氯化钠颗粒结构，水洗去除氯化钠模板后，获得完美的三维多孔结构。新颖性在于以氯化钠为模板，后续可以水洗去除，可以应用于能源转换与存储领域如锂电池钠电池及电催化方向。胭脂海棠闹春浓作者：眭思密应用背景：钠离子电池电极材料仪器信息：TEM JEM-2100f样品制备：样品为溶剂热法制备的MoS2/CNTs复合薄膜。纳米花状的MoS2附着于CNTs外壁，单壁CNTs管束交织形成网络，层层网络重叠形成薄膜。拍照难点：溶剂热反应中，MoS2随机分散于CNT外壁，该照片准确捕捉了二者之间的空间相对关系，并且单壁CNTs管束、MoS2片层边缘都清晰可见。图片描述：“海棠不惜胭脂色，独立蒙蒙细雨中”，图片好似一朵盛开在两个枝杈间的海棠花，像胭脂带妆的少女，是青春、活力、娇美的象征。作为报春的使者，她让大地回春、春意渐浓，从图片中可以看出其蓬勃的生命力。碳纳米管森林作者：张睿&李乐应用背景：单壁碳纳米管垂直阵列具有巨大的比表面积、优异的导电性、良好的化学稳定性以及有序的结构，被认为是电极材料的理想候选材料。仪器名称及型号：蔡司热场扫描电镜（sigma 300）样品制备过程的难度、新颖性：本实验开发了新型纳米颗粒催化剂，可以在二维、三维基底上负载催化剂，并能够利用CVD法在基底上合成碳纳米管阵列材料，具有普适性，便于进行材料的宏量制备。层峦叠翠作者：李乐仪器:原子力显微镜AFM5500作品介绍:氧化铝碳纳米管阵列。锂金属负极的体积变化是实现金属锂电池实际应用需克服的障碍。氧化铝-碳纳米管阵列可以有效降低局部电流密度、缓解锂在充放电过程的体积膨胀。利用原子层沉积法，实现氧化铝在阵列内的均匀沉积。难度点：材料顶部仍应满足均匀的高度差，证实沉积后样品结构的稳定性。艺术处理:样品三维图显示出均匀的高度差，展现出重峦叠翠的景象。五彩斑斓的石头作者：李乐仪器:透射电镜JEM-2100F作品介绍:氧化铝包覆四氧化三铁纳米颗粒，三维基体上生长高有序度碳纳米管阵列可以作为优良电极材料应用于锂、钠、钾离子电池。然而传统电子束蒸发镀膜法沉积用于生长碳纳米管阵列的催化剂，难以实现其在三维基体上的均匀负载。本实验制备的均匀分散的氧化铝包覆四氧化三铁催化剂能够实现在三维基体上的均匀负载，并在基体上生长高有序度碳纳米管阵列。难度点：氧化铝包覆四氧化三铁纳米颗粒应满足粒径均匀、高面密度，以实现高有序度碳纳米管阵列的生长。白珊瑚的深海家园作者：白翔仁作品说明：材料为原位合成氧化镁纳米颗粒团簇的SEM图片，使用S4800扫描电镜拍摄。纳米氧化镁颗粒单个粒径约为5-10 nm，成团簇状分布，单个团簇粒径为300 nm左右，附着在基底上。纳米颗粒导电性差，且粒径细小，通过调整拍摄参数，得到衬度良好、分辨率高的团聚形貌图。图片说明：经过上色处理的作品名为《白珊瑚的深海家园》，将图片灰度调整为绿度，将纳米氧化镁图案侧构建为海底礁石上分布的白珊瑚球的意象。幽暗的海底，一块礁石上，一个个白色的珊瑚球附着在上面，融入静谧的海底世界中。五彩池作者：白翔仁作品说明：材料为纳米颗粒增强铝基复合材料晶粒的STEM图片，使用F200透射电镜拍摄。材料呈现纳米晶组织，晶粒约为200 nm左右。样品通过打磨、Gatan离子减薄仪减薄，得到块体透射样品，通过拍摄参数，得出取向衬度良好、分辨率高的微观组织图片。图片描述：经过处理的作品名为《五彩池》，通过色谱上色及水波微处理，将不同程度的晶粒构建为水底卵石的意象。阳光照射下，水波微微荡漾，掩映着水底的卵石时隐时现，像传说中的五彩池一般。为进一步激发学生们的科研兴趣和创新意识，提升实验技能水平，由天津大学材料学院主办，材料科学与工程国家级实验教学示范中心承办的天津大学首届“走进材料微观世界”—微观摄影大赛于近日成功举办。此次大赛受到了天津大学资产处、天津大学分析测试中心和化工学院大型仪器测试平台的大力支持和积极参与。经历一个月的征稿，共收到来自材料学院、化工学院、理学院、建工学院等全校118名学生的161幅作品。天津大学资产与实验室管理处副处长张为对本次大赛给予了高度肯定，他认为大赛顺应了国家加强高等学校实践教学、实践育人的要求，加强了不同专业、不同领域学科的交流和进步，展现了参赛学生们的科学素养和创新精神。材料学院院长胡文彬向本次大赛中的工作人员和评委老师以及各支持单位表示衷心的感谢，寄语同学们能永葆初心，在科研路上砥砺前行，真正认识到科学和材料的魅力所在！微观纳米世界藏匿着许多美丽与惊喜，等待着与有心人的相遇

引子各位看官，小编今天出一道竞猜题，请问上图欧波同LOGO是用什么材料做成的？小编声明在先，猜对没奖。前期回顾书归正传，前两期内容我们通过显微分析技术，探索了2009版的美元防伪蓝条和我们的粮食——大米的微观结构，本期我们的题目是【‘蝶’影重重】。序言 还记得我们第三期节目中美元防伪蓝条么？那一期我们通过显微分析美元MOTION安全线解开了微透镜阵列成像技术之谜。小编觉得呢，人不能只为money活着，还要有诗和远方，春天到了，没事多出去走走，看看这美丽多彩的世间万物，比如说——蝴蝶。蝶儿为什么这样‘炫’？ 先来看看小编的这只蝴蝶标本吧 剪取翅膀黄色和绿色部分，置于偏光显微镜和扫描电镜内观察，结果如下：偏光显微镜下图像偏光显微镜下，我们的蝴蝶翅膀上可以看到绿色翅膀部分有好多鳞片紧密排列，而鳞片上还有微细的结构，是不是还有更小的结构呢？这些细小结构对发光有没有影响呢？我们随后用ZEISS场发射扫描电镜进行超低电压观察（原因是蝴蝶翅膀不导电、怕辐照、观察原始形貌又不能喷金）扫描电镜下图像绿色部分图A中可以发现蝴蝶翅膀上鳞片鳞次栉比，且有分层，上层鳞片局部放大（图B、图C）清楚可见鳞片上有很多脊脉和微小凹坑。黄色部分 黄色部分微细结构明显与绿色的结构不同，排列紧密呈条纹状的脊脉（图B、图C）。这些结构难道就是蝶儿这么“炫”的原因？原理解析 其实呢，自然界生物的色彩原理有科学家研究过，有兴趣的朋友可以自行度娘或Google。对于蝴蝶来说，它身上斑斓的色彩来源于鳞片内含有的色素和鳞片的这些细微结构，称之为鳞片的化学色和结构色，色素色彩的变化主要来源于对不同频率光的吸收，而结构性色彩，其原理是利用周期性结构，即光子晶体，对光的反射、透射等进行调控。所谓化学色，也叫色素色是指鳞片由于含有不同的色素而显现出不同的颜色。蝴蝶翅膀的色素一般有黑色素(melanins)，黄酮类物质(flavonoids)，蝶呤(pterins)和眼色素(ommochromes)等四种。比如，蝶呤可以增强光线在单个鳞片里的反射，因而蝶呤含量高的鳞片会表现艳丽的色彩；而黑色素是高分子聚合物，会同时吸收UV和可见光，一般表现为蝴蝶翅膀斑斓花纹底下默默付出的黑色和深棕色的背景。每片鳞片都是由一个表皮细胞产生的，有自己独特的颜色，各色的鳞片们像瓦片一样彼此重叠，拼凑出眼点，条纹和渐变色等等图案（见下图）。 结构色是鳞片表面的微观物理结构产生的。这些微观结构，比如鳞片内的多层片状薄膜（也叫肋状结构，肋片），使光波发生干涉、衍射和散射而产生了比化学色更加绚丽的颜色。这些色彩可以因不同视距、视角等因素而变化，泛着金属般的光泽，又称为彩虹色。几乎没有蝴蝶不具有结构色，尤其是闪蝶科和凤蝶科的蝴蝶。比如这只来自印尼的爱神凤蝶（见下图）。 这种现象原理是什么呢？我们都知道，光从一种介质进入到另一种介质，会同时发生光的反射和折射。如果一束自然光（白光）进入一个厚度为d的薄膜，会在薄膜的上表面发生一次反射，同时折射进入薄膜。由于白光是由各色光组成的，各色光的折射角不一样，第一次折射就将赤橙黄绿青蓝紫不同波长的光分离出来了。这些不同波长的光再遇到薄膜的下表面，又会发生一次反射和折射，若存在多个薄膜则依次类推。这样，各色光线的第二次反射光线，和它们的第一次反射光线，频率相同，传播方向相同，具有了干涉的基本条件。而当同样波长的光发生相长干涉时，所产生的光亮度则是色素发光没法儿比的。【上图：白光遇到薄膜时发生的折射和反射。下图：当两列相干光波相遇时，如果位相差异为波长的整数倍，那么它们的波峰会和波峰相遇，波谷会和波谷相遇，光波的振幅变大，亮度提高，这种现象叫做相长干涉（constructive interference）。图片来自HowStuffWorks】 后记总之，鳞片的化学色构成蝴蝶静态的美丽花纹，而结构色，则赋予静止花纹以生命，让它随着光线发生动态的变化。正是这两种色彩的水乳交融，让自然界造就出那么多色彩斑斓的蝴蝶。刚开始的无奖问答大家想必有答案了吧？对！是蝴蝶翅膀！下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

认识雾霾之盾——口罩的微观视界序言冬季以来，环境问题—“雾霾”成为人们关注的焦点。网上关于“雾霾”以及“防雾霾”口罩的报道层出不穷。OPTON作为实验室系统解决方案供应商，以自己的显微视角对“雾霾”问题进行了分析和研究，同时，OPTON希望能通过显微分析技术来拓展大家对生活中微观世界的认识。 本期主题是走进“雾霾之盾—口罩”的微观视界。通过电子显微镜对“平时生活中市场上用的最多最有效的几款防PM2.5口罩进行观察分析，带大家一起去领略电镜下的防雾霾口罩。 一、口罩宏观拆解左：EPC 活性炭口罩 KN95；右上：霍尼韦尔H950V；右下：绿盾M95 以上三种口罩皆为颗粒物过滤效率高于95%的口罩，EPC与其它两款口罩不同的地方在于口罩内部加了活性炭层。左：霍尼韦尔H950V；中：绿盾M95；右：EPC 活性炭口罩 KN95； 将口罩截面剪开可以发现，除了霍尼韦尔、绿盾【无纺布-静电滤棉-无纺布】这种经典的口罩结构外，EPC还额外多出了【活性炭层】及【加厚静电滤棉】层。一、口罩微观视界1. 无纺布三种品牌最外层无纺布扫描电镜形貌（左边为低倍、右边为高倍） 防PM2.5口罩的无纺布均采用热轧加固的方式进行成型的，因此从左边三幅图可以发现凡是无纺布上都会有类似压扁的致密“扁坑”。其中由于无纺布制造工艺不同：在形貌上霍尼韦尔的无纺布最致密、“扁坑”最深，绿盾的无纺布最疏松、“扁坑”最大而平；EPC介于两者之间。2. 静电滤棉 静电滤棉也为无纺布中的一种，在无纺布生产后经过静电处理会带有静电。这种静电力会对从其内通过的气体中的微粒物进行吸附，是防PM2.5口罩中，吸附PM2.5颗粒物的主要战斗力。从图中右侧高倍图片可以看出：EPC的静电滤棉最致密，但是形貌不均一，有带状显微及球状纤维颗粒存在；绿盾的静电滤棉纤维形貌最均一，且滤棉也比较致密；霍尼韦尔介于两者之间。3. 活性炭层+加厚静电滤棉EPC活性炭口罩比其它两款多出的两层（右上：活性碳层；右下：加厚静电滤棉层） 三种品牌的口罩在各层性能相差不大的情况下，EPC多出的两层过滤层会有更多的功能：活性炭层不但可以吸附颗粒物，同时对空气中的气体也会起到一定的收集作用，从图中右上部分可以看出在活性碳层上，纤维上有大量的活性炭存在。加厚的静电滤棉层与之前的静电滤棉层形貌有很大的差别，对漏过的少量颗粒物进行再一次吸附，起到进一步的颗粒物过滤功能。 一、后记通过显微分析可以观察到我们平时肉眼不可见的形貌细节，对实际生产与生活中的工艺控制及性能形貌学分析有很重要的意义，是反向工程中重要的技术手段之一。除了EPC这款N95口罩外，市面上也有很多其它品牌的带有活性炭层的PM2.5口罩，基本都是五层结构，最明显的区别就是含有活性炭层的口罩外观都为浅灰色，价格会比同过滤级别的口罩稍高一些。目前口罩品牌及型号很多，笔者仅选择网上用户采购最多的几款来进行实验，向大家介绍显微分析的魅力之处，具体如何评判各种款式口罩的优劣目前还没有比较行之有效的方法，希望后期能与大家进行进一步交流。 关于欧波同欧波同有限公司，是中国领先的微纳米技术服务供应商，是一家以外资企业作为投资背景的高新技术企业，总部位于英国，分别在北京、上海、辽宁、山东、河南、陕西等地设有分公司和办事处。作为蔡司电子显微镜在中国地区最重要的战略合作伙伴，公司秉承“打造国内最具影响力的仪器销售品牌”的经营理念，与蔡司品牌强强联合，正在为数以万计的中国用户提供高品质的产品与国际尖端技术服务。未来，我们将一如既往致力于中国微纳米技术的创新与发展，与中国广大客户一起携手共同描绘中国高端微纳米科技振兴辉煌的广阔蓝图！欲了解更多信息，请浏览公司网站：http://www.opton.com.cn/

11月5日-11月10日，上海国家会展中心，第三届中国国际进口博览会又将在此拉开序幕，全球各界的创新产品与顶尖技术将再度汇聚一堂，为广大企业和观众带来新的机遇和体验。 作为质谱色谱仪器领域的领军者，诊断X射线成像领域的先驱，岛津制作所将此两大技术强强融合，亮相第三届进博会8.1馆医疗器械及医药保健展区。这也是岛津集团首次将分析计测技术和医疗图像诊断技术同台联袂，为全球各界呈现一个更全面更有深度的岛津！ “探索未知，行无界”Explore the Unknown Without Boundaries 岛津展位将以“探索未知，行无界”为主题，展示岛津人坚信科技的力量，在未知领域这片浩瀚星际中无所畏惧，打破思维禁锢，不断探索前行的决心和实力。 此次进博会,岛津集团将展示分析计测和医疗X射线成像两个领域的最新领军仪器，带来岛津仪器在先端健康医疗，临床研究，新药开发研究，生命科学研究，低侵袭性诊疗研究的创新成果，以及开拓创新医疗可能性的解决方案。 此外，还在展台设置了大型全息摄影互动装置，带领观众一同潜入肉眼不可见的微观世界，来一场微观自我的发现之旅的同时，用深入浅出的互动方式，呈现岛津通过分析技术与医疗影像摄影技术两者的融合，提供减轻患者负担的早期诊断解决方案。 进博会岛津展台效果图 微观世界，可视化 本次岛津展台的最大亮点是展台中央的全息摄影互动装置，将人体的骨骼、细胞、血液与人体构成组织可视化，从科学视点讲述岛津在健康医疗领域所做出的科技创新和研究成果。 进博会岛津品牌体验区效果图 技术创新，共创新价值 通过分析技术与医疗影像摄影技术的融合，创新解决医疗健康领域课题，提供减轻患者负担的早期诊断解决方案，同时，还将介绍在公共卫生防疫领域的一系列对策及技术支持。 分析与医疗，联袂绽放 岛津企业管理(中国)有限公司的马瀬嘉昭社长为此次进博会致辞 镌刻在DNA里的岛津精神 “以科学技术为社会做贡献。” 自1875年在京都创业以来，岛津制作所的理念，从未改变。 岛津人在分析测试仪器、医疗仪器、航空产业机械等领域，以光技术、X 射线技术、图像处理技术这三大核心技术为基础不断推陈出新，满足日新月异的市场需求，如今，更在生命科学、健康医疗等领域里不断钻研新技术，开发新产品，为世界范围内的广大用户不断提供更多的具有划时代意义的产品。 地球环境问题、经济问题、老年化社会问题，世界性信息网络发展等愈加复杂多样的课题有待人类解决。本着实现“为了人类和地球的健康”这一愿望，和客户一起支持产业和健康，我们骄傲地以此为重任，不断前行。

第九届全国颗粒测试学术会议成功举行,卫星化粉末表征被首次提出2013年5月30日 2013年5月25&mdash 27 日,由中国科协与贵州省人民政府共同主办的&ldquo 中国科协第十五届年会&rdquo 在贵州省贵阳市举行。作为第十五届中国科协年会第16 分会场，第九届全国颗粒测试学术会议暨现代颗粒测试技术发展与应用研讨会得到成功举办。会议期间，国产动态光散射技术的突破和颗粒形貌分析技术的发展成为令人瞩目的焦点。 在本届研讨会上，美国康塔仪器公司北京代表处杨正红先生根据欧奇奥颗粒形貌技术的发展，首次介绍了卫星化粉末（颗粒）及其微观形态表征参数。 理想的工业粉体应该是接近于球形，但由于表面能的缘故，大颗粒与小颗粒往往吸附在一起，从而对粉体的许多性质都产生重要影响。卫星化粉末就是在雾化过程中产生的非常微小的球，同较大的球粘在一起而产生的不规则颗粒（见图1）。粉末的卫星化将影响其流动性、附着力、填充性、增强性及研磨特性和化学活性（包括燃烧效率）等。任何非球形粒子对产品的流动性都可以产生不利影响，甚至可能引起非常有害的粉末堆积，最终将导致进程停止（焊接，等离子喷涂等）从而产生非常高的固定成本！ 欧奇奥（Occhio）图像分析法是颗粒分析领域革命性的进步。随着光学、信息科学技术的飞速发展，将直观的显微观察方法与统计学相结合的最新图像法粒度粒形表征不仅能够得到个别颗粒的直观信息，还能够得到大量样本的粒径、粒形的统计信息，从而帮助使用者全方位地表征样品。 Occhio FlowCell 200S+图像法粒度粒形分析仪仪器采用同等仪器中最高水平的 1000 万像素的照相机,拍摄分散在液体中的粉体颗粒的高分辨率照片,可拍摄到小于粒径为 200 nm 的颗粒,进行粒度分布和形状分布的分析，并可进行绝对和相对计数。由于焦距较深，它可以在全视野范围内利用光学系统控制摄影成像，粒子成像鲜明，没有像差，可测量普通图像法粒度分布仪器无法测量的粒子形状，可进行动态或静态的湿法测量，也可对异物进行有效的跟踪分析（趋势分析/动力学）。利用独自开发的CALLISTO（骄子）粒形分析软件，粒径可与激光粒度仪比较或衔接，可进行微观的形状分析，并且对粉体样品的特性进行评价。将粒子的各种形状数值化后，可进行相互比较，除了一般的ISO粒形参数外(如最大内切圆直径、最大长度、凹度、凸度、延伸度、圆形度等)，还提供独有的微观粒形参数，包括钝度(Bluntness)、卫星化指数（Satelity Index）和赘生物指数（Outgrowth），共计超过43个参数的有关粒度粒形信息，为粉体颗粒的性能表征提供一种新的手段。

人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，我们是怎么一步步地看见细菌、病毒，乃至蛋白质结构的呢？这背后离不开这群“强迫症”。采访专家：张德添（军事医学科学院国家生物医学分析中心教授）“我非常惊奇地看到水中有许多极小的活体微生物，它们如此漂亮而动人，有的如长矛穿水而过，有的像陀螺原地打转，还有的灵巧地徘徊前进，成群结队。你简直可以将它们想象成一群飞行的蚊虫。”1675年，一名荷兰代尔夫特市政厅的小公务员给英国皇家学会写了这样一封信，向学会的会员们描述自己用自制的显微镜观察到的奇妙景象。作为给当时欧洲最富盛名的学术组织寄去的一封学术讨论信件，这名公务员并没有进行大篇幅严谨却枯燥的科学论证，而是用朴实的语言，在字里行间留下了自己发现新事物时那种孩童般的惊奇与喜悦。这位当时默默无闻的小公务员，正是大名鼎鼎的微生物学和显微镜学先驱者—安东尼范列文虎克。在50年的时间里，列文虎克用制作的显微镜观察到了细菌、肌纤维和精细胞等微观生物，并先后给英国皇家学会寄去了300多封信件来讨论他的新发现。正是在列文虎克的不懈坚持下，人类观察世界的眼睛终于来到了微生物层面。初代显微镜：拨开微生物世界的迷雾列文虎克能发现色彩斑斓的微生物世界，主要得益于他在透镜制作方面的天赋。他一生中制作了多达400多台显微镜，与今日我们熟知的显微镜存在很大不同，列文虎克的显微镜绝大多数属于单透镜显微镜，仅由一个小黄铜板构成，使用时需要仰身将这个铜板面向阳光进行观察。列文虎克凭借他的一系列惊人发现迅速成为当时科学界的“网红级”人物。然而真正奠定显微镜学理论基础的，则是同时期的英国科学家罗伯特胡克。在列文虎克还在钻研透镜制作技艺时的1665年，在英国皇家学会负责科学试验的胡克，就制作了一台显微镜，与列文虎克使用的单透镜显微镜不同，这是一台复式显微镜，其工作原理和外形已经很接近现代的光学显微镜了。胡克用这台显微镜观察一片软木薄片，发现了密密麻麻的格子状结构，酷似当时僧侣居住的单人房间，因此胡克就用英语中单人间一词“cell”来命名这种结构，而这个单词在当代被翻译为“细胞”。不久，胡克写就了《显微图谱》一书，将这一重要观察成果写入书中。胡克的研究成果很快引起了列文虎克的注意，他曾研究过胡克的显微镜，但最后还是使用了自制的单透镜显微镜来进行观察。原因就在于胡克显微镜存在严重的色差问题。所谓色差，就是在光线经过透镜时，不同颜色的光因折射率不同，会聚焦于不同的点上，使得样品的成像被一层色彩光斑所包围，严重影响清晰度。列文虎克提出的解决方案也很简单，就是在透镜研磨的精细程度上下功夫，将单透镜制成小玻璃珠，并将之嵌入黄铜板的细孔内，这样在放大倍数不低于胡克显微镜的基础上，最大程度避免色差对成像的干扰。但代价是，由于观察时是需要对着阳光，对观测者的眼睛伤害很大。除了色差，早期显微镜还存在着球面像差问题，即光线在经过透镜折射时，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一点上，使得成像模糊不清。自显微镜诞生之日起，色差和球面像差就成为“与生俱来的顽疾”，一直制约着人们向微观世界进军的步伐。直到19世纪，光学显微技术才在工业革命的助力下完成了一次实质性蜕变，从而在根本上解决了这两个难题。挑战色差与球面像差：逐渐清晰的微观视角首先是1830年，一个名为李斯特的英国业余显微镜学爱好者首先向球面像差发起挑战，他创造性地用几个特定间距的透镜组，成功减小了球面像差影响。此后，改进显微镜的主阵地很快转移到了德国，其中1846年成立的蔡司光学工厂，更是在此后一个世纪里成为领头羊。1857年蔡司工厂研制出第一台现代复式显微镜，并成功打入市场。不过在研制和生产过程中，蔡司也深受色差之苦：当时通行的增加透镜数量的做法，虽能提升显微镜的放大倍数，却仍无法消除色差对成像清晰度的干扰。1872年，德国耶拿大学的恩斯特阿贝教授提出了完善的显微镜学理论，详细说明了光学显微镜的成像原理、数值孔径等科学问题。蔡司也迅速邀请阿贝教授加盟，并研制出一批划时代的光学部件，其中就包括复消色差透镜，一举消除了色差的影响。在阿贝教授的技术加持下，蔡司工厂的显微镜成为同类产品中的佼佼者，很快成为欧美各大实验室的抢手货，并奠定了现代光学显微镜的基本形态。不久，蔡司又拉来了著名化学家奥托肖特入伙，将其研制的具有全新光学特性的锂玻璃应用在自家产品上。1884年，蔡司更是联合阿贝与肖特，成立了“耶拿玻璃厂”，专为显微镜生产专业透镜。显微镜技术的突飞猛进也让各种现代生物学理论不断完善，透过高分辨率的透镜，微观世界中各种复杂的结构逐步以具象的形式呈现在人类眼前。由于微观层面的生物结构大多是无色透明的，为了让他们在镜头下变得清晰可见，当时的科学家普遍将生物样品染色，以此提高对比度方便观察。这一方法最大的局限在于，染料本身的毒性往往会破坏微生物的组织结构，这一时期染剂落后的材质，也无法实现对某些特定组织的染色。直到1935年荷兰学者泽尼克发现了相衬原理，并将之成功应有于显微镜上。这种相衬显微技术，利用光线穿过透明物体产生的极细微的相位差来成像，使得显微镜能够清晰地观察到无色透明的生物样品。泽尼克本人则凭借此次发现斩获了1953年的诺贝尔物理学奖。军事医学科学院国家生物医学分析中心教授，长期致力于电子显微镜领域研究的张德添向记者介绍道：“人的肉眼分辨本领在0.1毫米左右，而光学显微镜的分辨本领可以达到0.2微米（1毫米=1000微米）的水平，能够看到细菌和细胞。但由于光具有波动性，衍射现象限制了光学显微镜分辨本领的进一步提高。”二战结束后，随着各种新理论新技术的不断应用，光学显微镜得到了长足进步，但也是在这一时期，光学显微镜的潜力已经被发掘到了极限。为蔡司工厂乃至整个显微镜学立下汗马功劳的阿贝教授就提出了“分辨率极限理论”，认为普通光学显微镜的分辨率极限是0.2微米，再小的物体就无能为力了—这一理论又被称为“阿贝极限”，这就好像一层屏障将人类的探索目光阻隔在更深度的微观世界大门之前，迫使科学家们另寻他途。电子显微镜：另辟蹊径，重新发现既然可见光存在这样的短板，那么能否利用其他波长较短的光束来实现分辨率的突破呢？张德添进一步介绍道：“1924年后，人们从物质领域内找到了波长更短的媒质—电子，从而发明了电子显微镜，其分辨本领达到了0.1纳米的水平。”1931年，德国科学家克诺尔和他的学生鲁斯卡在一台高压示波器上加装了一个放电电子源和三个电子透镜，制成了世界首台电子显微镜，就此为人类探索微观世界开拓了一条全新的思路。电子显微镜完全不受阿贝极限的桎梏，在分辨率上要远远超越当时的光学显微镜。鲁斯卡在次年对电子显微镜进行了改进，分辨率一举达到纳米级别（1微米=1000纳米）。在这个观测深度，人类终于亲眼看到了比细菌还要小的微生物—病毒。1938年，鲁斯卡用电子显微镜看到了烟草花叶病毒的真身，而此时距离病毒被证实存在已经过去了40年时间。对于电子显微镜技术的发明，张德添这样评价道：“电子显微镜是人们认识超微观世界的钥匙和工具，它解决了光学显微镜受自然光波长限制的问题，将人们对世界的认识从细胞水平提高到了分子水平。” 从肉眼只能观察到的毫米尺度，到光学显微镜能够达到的微米尺度，再到电子显微镜能进一步下探到纳米尺度，显微成像技术正在迅速突破人类对微观世界的认知极限。不过电子显微镜本身的缺憾也愈加明显。由于电子加速只能在真空条件下实现，在真空环境之下，生物样品往往要经过脱水与干燥，这意味着电子显微镜根本无法观测到活体状态下的生物样品，此外电子束本身又容易破坏样品表面的生物分子结构，这就导致样品本身会丢失很多关键信息。这一顽疾在此后又困扰了科学家多年。直到1981年，IBM苏黎世实验室的两位研究员宾尼希与罗雷尔，用一种当时看起来颇有些“离经叛道”的方法，首先解决了电子束损害样品结构的问题。他们利用量子物理学中的“隧道效应”，制作了一台扫描隧道显微镜。与传统的光学和电子显微镜不同，这种显微镜连镜头都没有。在工作时，用一根探针接近样品，并在两者之间施加电压，当探针距离样品只有纳米级时就会产生隧道效应—电子从这细微的缝隙中穿过，形成微弱的电流，这股电流会随着探针与样品距离的变化而变化，通过测量电流的变化人们就能间接得到样品的大致形状。由于全程没有电子束参与，扫描隧道显微镜从根本上避免了加速电子对生物样品表面的破坏。扫描隧道显微镜在今天也被称为“原子力显微镜”，“在微米甚至纳米水平，动态观察生物样品表面形貌结构的变化规律，原子力显微镜是有其独特优势的”，张德添向记者解释说，“如果条件允许，还可以检测生物大分子间相互作用力的大小，为结构与功能关系研究提供便利。”1986年，宾尼希和罗雷尔凭借扫描隧道显微镜，获得当年的诺贝尔物理学奖，有趣的是，与他们一起分享荣誉的，还有当初发明电子显微镜的鲁斯卡，当时的他已是耄耋老人，而他的恩师克诺尔也早已作古。新老两代电子显微镜技术的里程碑人物同台领奖，成为当时物理学界的一段佳话。老树新芽：突破“阿贝极限”的光学显微镜电子显微镜在问世之后的几十年间，极大拓展了人类对生物、化学、材料和物理等领域认知疆界。而无论是鲁斯卡，还是宾尼希和罗雷尔，他们所作的贡献不仅让自己享誉世界，还助力其他领域的学者登上荣誉之巅。比如英国化学家艾伦克鲁格凭借对核酸与蛋白复杂体系的研究获得1982年度诺贝尔化学奖，而他的科研成果正式依靠高分辨电子显微镜技术和X光衍射分析技术而取得的。在克鲁格获奖的当年，以色列化学家达尼埃尔谢赫特曼更是使用一台电子显微镜，发现了准晶体的存在，并独享了2011年的诺贝尔化学奖。目前，电子显微镜已经成为金属、半导体和超导体领域研究的主力军。但在生物和医学领域，电子显微镜本身对生物样品的损害，依旧是难以逾越的技术难题。于是不少科学家开始从两条路径上寻求解决之道：一条是研发冷冻电镜技术，这种技术并不改变电子显微镜整体的工作模式，而是从生物样品本身入手，对其进行超低温冷冻处理。这样状态下，即使处在真空环境中，样品也能保持原有的形态特征与生物活性。“由于观测温度低，生物样品也处于含水状态，分子也处于天然状态，样品对辐射的耐受能力得以提高。我们可以将样品冻结在不同状态，观测分子结构的变化。”张德添向记者解释道。瑞士物理学家雅克杜波切特、美国生物学家乔基姆弗兰克和英国生物学家理查德亨德森凭借这项技术分享了2017年度诺贝尔化学奖。新冠疫情暴发后，冷冻电镜技术又为人类研究和抗击疫情做出了突出贡献。2020年，西湖大学周强实验室就利用这种技术，首次成功解析了此次新冠病毒的受体—ACE2的全长结构，让人类对新冠病毒的认识向前迈出了关键性一步。另一条路径是从传统的光学显微镜入手。在电子显微镜的黄金时代，不少科学家就开始着手研制超高分辨率光学显微镜，甚至开始尝试突破一直以来困扰光学显微镜的“阿贝极限”，而“荧光技术”就成为实现这一切的关键。早在19世纪中叶，科学家们就发现：某些物质在吸收波长较短而能量较高的光线（比如紫外光）时，能将光源转化为波长较长的可见光。这种现象后来被定义为“荧光现象”。荧光现象在自然界是普遍存在的，这一现象背后的原理也在20世纪迅速被应用在光学显微镜上。1911年，德国科学家首次研制出荧光显微镜装置，用荧光色素对样品进行荧光染色处理，并以紫外光激发样品的荧光物质发光，但成像效果不佳，而且把荧光物质当作染色剂，和早期的染色剂一样，本身的毒性会伤害活体样品。直到1974年，日本科学家下村修发现了绿色荧光蛋白，其毒性远弱于以往的荧光物质，是对活体标本进行荧光标记的理想材料——这一发现成为日后科学家突破“阿贝极限”的有力武器。时间来到1989年，供职于美国IBM研究中心的科学家莫尔纳首次进行了单分子荧光检测，使得光学显微镜的检测尺度精确到纳米量级成为可能。随后在莫尔纳的基础上，美国科学家贝齐格开发出一套新的显微成像方法：控制样品内的荧光分子，让少量分子发光，借此确定分子中心和每个分子的位置，通过多次观察呈现出纳米尺度的图像。通过这种方法，贝齐格轻而易举地突破了光学显微镜的阿贝极限。几乎在同时，德国科学家斯特凡赫尔在一次光学研究中突发奇想：根据荧光现象原理，如果用镭射光激发样品内的荧光物质发光，同时用另一束镭射光消除样品体内较大物体的荧光，这样就只剩下纳米尺度的分子发射荧光并被探测到，不就能在理论上得到分辨率大于0.2微米的微观成像了吗？他随即开始了试验，并制成了一台全新显微镜，将光学显微镜分辨率下探到了0.1微米的水平。困扰光学显微技术百年的阿贝极限难题，就这样历经几代科学家的呕心沥血，终于在本世纪初被成功攻克。莫尔纳、贝齐格和赫尔三位科学家更是凭借“超分辨率荧光显微技术”分享了2014年度的诺贝尔化学奖。时至今日，在探索微观世界的征途上，光学显微镜和电子显微镜互有长短、相得益彰。当然在实际应用中，科学家越来越依赖于将多种显微成像技术结合使用。比如今年5月，英国弗朗西斯克里克研究所就依托钙化成像技术、体积电子显微技术等多种显微成像技术，成功获得了人类大脑神经网络亚细胞图谱。在未来，多种显微成像技术相结合，各施所长，将进一步完善我们在生物、医学、化学和材料等领域的知识结构，把这个包罗万象的奇妙世界更完整地呈现在我们眼前。

微结构用于描述金属材料的主要特征，它在很大程度上决定了产品的性质和性能。 微观方法分析是材料科学的基本技术，以研究其状态和对材料特性的影响。 为了通过金相技术对微观结构进行最佳的描述，合适的样品制备起到了核心作用。微观结构的重要性及其分析无论是悬索桥的钢缆、涡轮机的叶片还是人体的人工髋关节，所有产品都有一个共同点：它们的特性不仅仅来自材料及其化学成分，而是来自内部结构的特殊排列[1]。这是指材料的微观结构，微观结构可以由不同的成分组成，如晶粒、晶界、沉淀或杂质。许多材料性能取决于这种微观结构，例如钢缆的强度或涡轮叶片在极端操作条件下的长期稳定性[2]。金相学是研究微观结构的最重要方法之一，它允许通过定性和定量分析方法对整个微观结构以及单个成分进行微观可视化。金相学的一个重要组成部分和中心作用是样品制备，这取决于材料的类型、条件以及检验方法。如果准备不足或执行不当，后续检查可能会导致错误的结果和对材料性能的错误评估。因此，了解具有特定材料要求的合适试样制备标准并正确实施尤为重要。以下将解释金相制备的基本程序，并以钛为例阐明具体材料要求的明确细节。适当的样品制备及其挑战图1显示了样品制备过程，包括以下步骤：样品切片和切割、样品安装、研磨和抛光，最后对样品进行蚀刻。每个单独的步骤都是相关的，并且会影响制备的金相截面的后续质量。图1 金相制备方法的示意图第一步是确定从整个零件上移除一个截面，有计划的调查研究将在该截面上进行，因为在许多情况下，关注的不是整个零件及其微观结构，而是特定区域。对于通过机械切割方法进行的拆卸，建议使用湿磨料切割机，包括工件的主动冷却。这减少了输入工件的热量，防止了不必要的微观结构变化，并冲洗掉了磨损的颗粒。切割钛时，通常使用碳化硅和合成树脂粘结制成的切割轮。第一步是确定从整个部分的整个部分的去除，在其上，这些部分将在许多情况下进行，而不是整个部分，并且其微观结构是感兴趣的，而是只有一个特定的区域。为了通过机械切割方法去除，推荐使用包括工件的主动冷却的湿磨削切割机。这将输入的热量减少到工件中，防止不希望的微观结构改变并冲洗擦除磨损的颗粒。对于切割钛，通常使用碳化硅与合成树脂键合的截止轮。在样品切片和切割后，将零件以正配合嵌入合成树脂基体中。这种嵌入简化了进一步的试样处理，便于制备机械上特别敏感的试样，允许将多个试样组合在一个金相截面中，并能够使用自动研磨和抛光设备。根据工艺温度，区分冷安装和热安装。温热嵌入期间产生的温度非常低，对试样的任何影响和可能的微观结构变化通常可以忽略不计。如果还要通过扫描电子显微镜检查试样，则必须注意嵌入介质中是否含有导电成分（例如石墨）。在下一步中，可以开始通过研磨和抛光进行准备。由于嵌入试样的表面质量通常较差，研磨过程首先以粗粒度开始，以提高质量并使试样平整。随后，以越来越细的粒度重复研磨过程，以去除粗研磨过程中产生的加工痕迹和划痕。重要的是确保足够的水供应，以消除金属磨损，并防止试样过热。对于钛，当使用碳化硅砂纸时，从P120的砂砾开始，继续使用P240、P320、P600、P800、P1200和P2400。在随后的抛光过程之前，试样应没有深划痕和大的机加工痕迹。如果计划对试样进行机械抛光（例如，电解或振动抛光工艺），则在第一步中使用细绒布和抛光剂。抛光可以手动或自动完成。自动设备的优点是节省时间和使用规定的接触力，因为过大的力会快速导致变形或划痕，尤其是在敏感材料上。在同步条件下，钛用金刚石悬浮液（3µm）在15-25 N的接触力下抛光约10分钟。如果金相断面质量足够且无划痕，则可继续进行最终抛光。为了控制目的，可通过使用暗场过滤器的光学显微镜进行目视检查。在这种情况下，质量良好的表面呈深色，而划痕和凹痕呈浅色。对于钛的精细抛光，使用由粒径为0.06µm（2 x 10 min）的胶体二氧化硅组成的悬浮液，并逐滴添加水。由于钛的高氧亲和力，建议使用30%的过氧化氢溶液作为润滑剂，以避免在制备的部分表面上形成氧化层。根据计划的检查，可能必须重复进行最终抛光。对于光学和大多数扫描电子显微镜检查，一个过程通常就足够了。例如，如果计划通过电子背散射衍射（EBSD）进行分析，则最终抛光应重复数次（最多六次）。图2 用克罗尔（Kroll）试剂蚀刻Ti-6al-4V的EBSD分析，显示相位分布（左）和彩色代码（b）[3]在每次研磨和抛光步骤后，应对制备部分进行彻底清洁，以防止可能遗留的磨损颗粒和污染物。在研磨和抛光步骤之间，至少应用水冲洗。在从研磨过程过渡到抛光过程之前以及最终抛光之后，应在超声波浴中额外清洁准备好的部分几分钟，然后在自来水下冲洗，最后用酒精冲洗。金相切片的干燥是在热气流中进行的，结果应该是镜像和无污染的表面。通过显微方法进行微观结构分析的最终准备步骤是通过蚀刻对比微观结构。这应在最终抛光后立即进行，因为表面上很快就会形成一层氧化物，尤其是钛，这会对蚀刻过程产生负面影响。例如，制备部分的蚀刻可通过化学或物理方式进行。如果钛基材料通过浸渍进行湿化学对比，则可使用克罗尔（Kroll）试剂进行蚀刻。蚀刻时间的持续时间因钛合金而异。纯钛的腐蚀时间为30-45秒，而Ti-6Al-4V合金的腐蚀时间可达60秒。另一种蚀刻剂是由氢氧化钾（KOH）制成的碱溶液。这导致微观结构的不同对比度，从中可以获得更多信息。对于Ti-6Al-4V，此处的蚀刻时间为15-30s。微观结构的显微镜调查制备完成后，可使用各种成像和分析技术对微观结构进行显微镜检查。图2显示了使用EBSD的扫描电子显微镜的分析结果，该分析是在Ti-6Al-4V样品上进行的，该样品如前所述制备并用克罗尔试剂蚀刻。图3显示了使用替代KOH蚀刻试剂成功制备两个Ti-6Al-4V样品，其中可以看到具有篮织结构（左）和马氏体结构（右）的微观结构。当在光学显微镜下观察时，该蚀刻试剂允许微观结构的彩色可视化，并且特别适合于具有马氏体微观结构成分的钛合金，因为如图3（右图）所示，这些成分被清楚地突出显示[3]。图3 用KOH试剂蚀刻Ti-6Al-4V的光学显微镜照片，显示篮织结构（左）和马氏体微观结构组分（右）参考文献[1] Hornbogen, E. et al.: Metalle: Struktur und Eigenschaften der Metalle und Legierungen. 7th ed., Berlin, Springer Vieweg, (2019) ISBN 978-3-662-57763-9.[2] Gottstein, G.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Physikalische Grundlagen. 4th ed., Berlin, Springer Vieweg, (2014) ISBN 978-3-642-36602-4.[3] Pede, D. et al.: Additive manufacturing: metallographic analysis of microstructure. In Advances in metallography: proceedings of the 53rd Metallography Conference September 18-20, 2019 in Dresden, (2019), ISBN 978-3-88355-417-4.作者简介Dennis Pede（丹尼斯佩德）：Institute of Materials Science and Engineering Tuttlingen, Furtwangen University, Germany丹尼斯佩德在汉诺威莱布尼茨大学获得医学工程硕士学位。他目前是福特旺根大学材料科学与工程图特林根研究所（IWAT）的研究助理和博士生，由Mozaffari Jovein教授指导。他的研究活动集中于添加剂制造工艺、金属材料以及材料测试和分析。Lidija Virovac：Institute of Materials Science and Engineering Tuttlingen, Furtwangen University, GermanyLidija Virovac在富特旺根大学攻读学士学位时学习了医学工程，在硕士学位时学习了应用材料科学，并在学习期间获得了实用金相学的第一次经验。随后，她在Mozaffari Jovein教授的指导下，在Tuttlingen材料科学与工程研究所（IWAT）担任研究助理，加深了自己的知识。进一步的研究领域是添加剂制造和功能涂层的制备。Tobias Poleske：Institute of Materials Science and Engineering Tuttlingen, Furtwangen University, GermanyTobias Poleske在富特旺根大学攻读材料工程学士学位。自2017年以来，他一直是Tuttlingen材料科学与工程研究所（IWAT）的研究助理，在Mozaffari Jovein教授的指导下从事各种材料科学课题。他的工作重点是使用光学和扫描电子显微镜进行实用材料成像，以及对常规和附加制造部件进行材料分析。Hadi Mozaffari-Jovein：Institute of Materials Science and Engineering Tuttlingen, Furtwangen University, GermanyHadi Mozaffari Jovein在斯图加特大学攻读冶金学，并从斯图加特大学（马克斯普朗克金属研究所）获得博士学位。自2009年以来，他一直担任富特旺根大学材料科学教授和图特林根材料科学与工程研究所所长。他的研究涵盖各种材料科学主题，包括损伤分析、材料测试和分析、传统和添加剂制造工艺，以及材料开发和优化。原文；Microstructural analysis of metallic materialsMicroscopyLight Microscopy，15 November 2021（符斌 供稿）

我国目前已初步建立较完善的大气环境监测体系，但室内空气质量状况过于微观、琐碎，并没有统一数据网络和标准，清天朗日应运而生。登陆APP，空气质量一查便知。清天朗日编织大数据监测网，打造物联智能生活。图为&ldquo 清天朗日指数&rdquo 微环境监测网手机App界面图为&ldquo 空气知了&rdquo 监测界面　　打开手机，登录清天朗日App，点击监测网，选择位置中关村，屏幕显示13日下午5时，PM2.5指数为193，PM10为298，温度为24摄氏度，湿度为29%。家住北京市海淀区的李女士每次带孩子去人口密集的公共场所都会对这些地方的空气质量进行查看。&ldquo 孩子对空气质量特别敏感，以前带孩子去人多的密闭空间回来经常咳嗽，最近我无意中发现了这个室内空气监测网，可以查询到室内的空气质量，大大消除了我的困扰。&rdquo 李女士说。　　李女士口中的空气监测网就是前不久上线的国内首个&ldquo 微环境实时监测网络&rdquo &mdash &mdash &ldquo 清天朗日指数&rdquo 。这一微环境实时监测网络由北京睦合达信息技术有限公司开发，清华大学建筑环境检测中心验证，美国斯坦福大学提供大数据算法支持。　　如今，进地铁站时或逛街前，可通过提示牌看到地铁站内或商场内的细颗粒物PM2.5的实时数值 上班前，可先了解办公楼、办公室内的空气质量状况 开车前，先了解车内空气质量如何，各项指标是否达标&hellip &hellip 这已经或者正在成为人们生活的常态。随着生活水平的提高，人们不仅关注整体生存的&ldquo 大环境&rdquo ，也逐步开始关注与自身健康密切相关的&ldquo 小环境&rdquo 。世卫组织提醒，大部分公众每天要在室内工作生活20个小时以上，即80%以上的时间都是在室内空间度过，也就是说真正对每位个体产生直接影响的，不是室外空气质量，而是居所、汽车、学校、写字楼等&ldquo 微环境&rdquo 的空气质量。　　室内空气对人体健康的影响有多大?　　据去年世界卫生组织11月份发布的《世卫组织室内空气质量指南》统计，每年因室内污染而致命者，达到430万人，占到了每年全球死亡人口总数的1/13。　　中国标准化协会调查也显示，68%的疾病是由于室内污染造成的。美国也有专家检测发现，室内空气中存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种，危害较大的主要有氡、甲醛、苯、氨以及酯、三氯乙烯等。室内空气的污染程度要比室外严重2倍~5倍，有时可达到100倍。　　相关人士做了一个小检测，1月14日下午3时，北京市环境保护监测中心公布的实时空气质量PM2.5浓度值为287，而专业设备在室内测得的PM2.5数值为232，由此可见室内室外的PM2.5并没有很大的差别。下午6时，在有油烟的情况下测量室内空气质量，PM2.5值一度达到了500，远远高于同一时间的室外空气质量数值。室内空气污染不容小觑。　　清天朗日应运而生未来将扩展监测范围　　据了解，我国目前已初步建立较完善的大气环境监测体系，但室内空气质量状况过于微观、琐碎，并没有统一数据网络和标准，&ldquo 正是基于此，我们想构建一个可以收集和反映写字楼、学校、幼儿园、车站等公共场所，以及车内、居所等个人&lsquo 微观环境&rsquo 空气质量的监测网。&rdquo 睦合达总裁孙翯说，&ldquo 清天朗日指数便诞生了。&rdquo 　　那么，清天朗日指数究竟可以监测到什么?　　孙翯展示了这一微环境实时监测网，在一张地图上，随便点击地图上的任何&ldquo 红点&rdquo ，便可以获得相应点位的空气质量数据、空气净化器综合评价指数和空气质量的健康影响评价指数。记者随手点击一个点，地图上便显示出这一点位的位置是中国科技新馆，PM2.5浓度为40，PM10为66，温度为22摄氏度，湿度为28%，健康影响评价显示为轻污染。　　这些室内的空气质量信息来自于哪里?　　其实，这些红点的数据都来自于一个叫&ldquo 空气知了&rdquo 的便携式空气质量检测设备。这一设备可以检测PM2.5、PM10、温度、湿度，在有无线网络的地方，数据可以直接上传到云端，经过后台处理，数据就会在地图上呈现。不仅如此，&ldquo 空气知了&rdquo 还可以与手机绑定，只要用手机下载清天朗日指数App，与设备的WIFI模块实现智能连接后，手机便可随时随地监测这一空间的空气质量，并且还可以查看其他地区的室内空气质量。　　当前，清天朗日指数尚存在一些问题，&ldquo 比如设备和监测网上线后，我们发现认知度还不够，监测数据类型有限，数据量不够，设备在没有无线网络的情况下无法传输数据，地图点位的位置不够准确等。&rdquo 孙翯表示。　　针对这些问题，清天朗日团队将在下一阶段对这些问题进行修复，比如在机器内部内置2G或者3G的芯片，使得&ldquo 空气知了&rdquo 在没有无线网络的条件下依然可以正常传输数据。&ldquo 空气知了&rdquo 也将扩大监测范围，不仅将增加对CO2、VOC、甲醛的监测，还将对心律、血压等可穿戴设备产生的数据进行收集。　　大数据编织监测网打造物联智能生活　　&ldquo 我们未来的目标就是收集室内环境和个人健康的数据，做大数据产品。&rdquo 孙翯告诉记者。　　那么，微环境的大数据可以做什么?　　只要手中有一台&ldquo 空气知了&rdquo ，联网后不仅可上传周边的环境数据，每个人还可以在清天朗日指数上查看自己关注地的环境数据，一张&ldquo 人人为我，我为人人&rdquo 的民间实时&ldquo 微雾霾监测网&rdquo 便可织成。　　&ldquo 以往的宏观空气质量数据像是一款&lsquo 单机游戏&rsquo ，&lsquo 清天朗日&rsquo 则像一款可以随时互动的&lsquo 网络游戏&rsquo ，将颠覆传统的空气质量监测网络，使得民众人人成为&lsquo 私家雾霾分析师&rsquo 。&rdquo 美国斯坦福大学访问学者、浙江大学博士纪俊形象地比喻到。　　为构建更大的&ldquo 雾霾监测网&rdquo ，睦合达联手北大、清华、中国科学院、美国斯坦福等国内外多所高校，和政府有关部门及NGO组织等各界共同发起成立&ldquo 清天朗日联盟&rdquo 。联盟秘书长黎佳林称，未来3年，这一联盟将斥资两亿元，无偿将&ldquo 空气知了&rdquo 布局全国各地20万个公共网点，并提供软硬件支持，建立全国统一的&ldquo 清天朗日指数&rdquo 。目前北京地区已铺设500多个终端监测点位。　　孙翯透露，微雾霾监测网对公众生活尤其是老人和孩子有直接的指导意义，&ldquo 我们下一步还要根据长时间搜集的数据出具针对行业、家庭、单位的有针对性的健康报告和健康指导。&rdquo 孙翯说。除此之外，微雾霾监测网还可以为室内污染情况和成因机理研究提供数据支持。　　北京安贞医院副院长周生来认为，利用微雾霾监测网收集的民众健康数据，可以助力医疗机构，为治疗雾霾后遗症提供数据支持。　　除了微雾霾监测网，大数据还可以为公众提供更智能的生活。孙翯简单举例说：&ldquo 比如通过对个体样本空气质量数据的长期监测，可以发现每个空间的生活习惯，比如PM2.5长期是一个比较稳定的数值，这个空间有可能做饭少，我们就可以给用户推荐附近可送外卖的商户，供用户选择 如果发现某个空间长期空气质量比较好，可以推断这个空间长期有净化器，并可以判断这个空间的人比较重视空气质量，可能拥有一定的经济能力，结合这些，我们还可以给用户推荐车用空调滤芯等空气净化产品。&rdquo 　　未来，微环境监测网将接入更多的传感器，收集更多的数据，将公众的生活物联起来，从而实现智能生活。&ldquo 我们希望可以给公众提供更智能的生活，现在已经部分实现了，在任何地方可以查看家里空气质量，并可以随意控制空气净化器。未来，我们希望可以延伸到智能家居，比如接入CO2和甲醛模块后，可以与通风系统实现&lsquo 联动&rsquo 。&rdquo

焊接也被称作熔接，通常是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。焊接工艺多用于制造业，主要用途就是把小的金属材料连接成大的（按图纸或需要的尺寸），或通过连接（焊接）做出所需要的几何体。诸如造船厂、飞机制造业、汽车制造、桥梁等都离不开焊接。热源能量的分布即热量的传播和分布很大程度上与这些参数相关，然而由于热量的分布是呈现梯度的，从而造成焊缝周围的材料会受到影响，即所谓的“热影响区”（HAZ）。热影响区的形成原理非常简单，在焊缝周围的材料受到了热源的影响，而温度低于材料的熔点，但其温度足以让周围材料的显微组织发生变化。显微组织的变化可导致机械性能的变化，如可能会出现硬度增加和屈服强度降低。同时由于显微组织的发生变化，热影响区更容易出现开裂和腐蚀情况，所以热影响区通常是构件最薄弱的结构点。因此，了解热影响区和减少焊接所产生的不良热效应是至关重要。焊缝和热影响区的典型尺寸通常为数百微米至几毫米。为了研究由于焊接过程引起的局部材料变化，仪器化压痕测试方法是首选，因为它们提供了合适的位移分辨率。例如，安东帕微观组合测试仪（MCT3）可以获取焊缝或热影响区等等不同区域的硬度、弹性模量等力学性能。磨损量和摩擦性能可以很容易地通过摩擦磨损分析仪来测量，该分析仪测量摩擦系数并可用于估计磨损率。微观组合测试仪MCT3本文将展示焊缝及其邻近局部区域的机械性能的表征手段的实际例子，同时也将总结所用表征手段对于焊接工艺好坏的评定和意义。焊缝横截面的硬度分布情况图1： 焊缝及其热影响区的横截面的视图和相对应位置上的硬度变化情况如图1所示，使用Anton-Paar微观组合测试仪MCT3对采用弧焊工艺对球墨铸铁进行焊接后所产生的热影响区进行表征。简单来说，就是在焊缝截面上沿着从母材到焊缝的方向采用MCT3对材料进行压痕测试。压痕试验主要在两个位置上进行：焊缝区域横截面和焊缝顶面。使用的最大载荷为5 N，加载和卸载速率选择为30 N/min，在最大载荷下保载1 sec。具体是沿着从未受影响的母材穿过HAZ到焊芯进行压痕测试，单个压痕的间距为0.25 mm。压痕测试的大致位置和相应硬度分布如图1所示，结果清楚地表明了焊缝附近硬度的变化情况。靠近焊缝–在HAZ中–硬度在过渡区降低之前显著增加，在远离焊缝的未受影响母材中稳定在~3 GPa。在焊缝的上表面上发现了类似的结果（过渡区和热影响区的硬度增加），这证实了在横截面上获得的结果。该应用案例展示的是仪器化压痕测试方法对于测量焊接工艺产生的热影响区HAZ的材料性能变化的意义所在，用图1中所示的方法可以直观的获取相应位置的力学性能变化情况。从而，有助于科研人员及焊接工作者去估算HAZ的区域尺寸以及所检测出的焊缝及其周围局部区域的力学性能是否达标，更为如何优化焊接工艺参数提供一份助力。堆焊工艺下焊缝的摩擦学性能研究堆焊是将硬质金属焊接在母材上的一种工艺，旨在提高母材的耐磨性，是一个很广泛的焊接应用。它用于磨机锤、挤压螺钉、高性能轴承和土方设备。它也可用于压水反应堆的阀座和泵。与其他部件摩擦接触的此类堆焊焊缝的磨损和摩擦学性能对于实际应用至关重要。以下示例显示了对球墨铸铁进行的摩擦学试验，其中铸铁的堆焊层采用等离子转移电弧工艺焊接。图2： 热影响区和母材的摩擦系数变化情况由于焊接工艺也属于快速凝固的一种冷却方式，从而得到了3mm厚度的热影响区且发现该HAZ的微观结构中存在渗碳体结构，而且硬度明显高于铸铁。总共进行了两次摩擦试验：一次在母材上，另一次在焊接材料的热影响区内。在线性往复模式下均进行共5000次循环的摩擦学表征试验，而且在最大固定载荷为1 N情况下的最大线速度为1.6 cm/s，选取的摩擦副为直径为6 mm的100Cr6钢球。摩擦试验结果如图2所示：焊接层的热影响区（HAZ）的摩擦系数（~0.8）高于母材（~0.5）。图3： 采用表面轮廓仪测量并记录母材和热影响区的磨损轨迹轮廓图3展示的是运用表面轮廓仪采集并记录母材和热影响区在摩擦学试验后磨损轨迹的轮廓。通过比较图3的结果表明，热影响区的磨损远高于母材；母材的耐磨性高于热硬化区的耐磨性。图2和图3的表明，焊接工艺对焊接层热硬化区的摩擦系数和耐磨性产生了负面影响，尽管同一层的硬度有所增加。该问题的解决方案可以是改变焊接参数以提高热硬化区的耐磨性，或者减小其尺寸以最小化其对零件耐磨性的负面影响。总的来说，Anton-Paar自研自产的压痕仪和摩擦学表征仪器均能为焊接工艺的研究和生产提供非常大的助力，其新一代检测手段的开发对于焊接行业是非常有意义的。安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

1连铸坯质量及内部典型缺陷类型 连铸坯质量决定着最终钢铁产品的质量。从广义来说所谓连铸坯质量是得到合格产品所允许的连铸坯缺陷的严重程度，连铸坯存在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。 连铸坯的质量缺陷主要为内部质量缺陷和表面质量缺陷,因其成因不同,控制,抑制缺陷的产生及提高质量的措施和方法也不尽相同。 连铸坯内部缺陷主要有中心疏松、中心缩孔、夹杂物、气孔、裂纹、氢脆等，连铸坯质量是从以下几个方面进行评价的：(1)连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。 (2)连铸坯的表面质量：主要是指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。(3)连铸坯的内部质量：是指连铸坯是否具有正确的凝固结构，以及裂纹、偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷程度。二冷区冷却水的合理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。 只有提供高质量的连铸坯，才能轧制高品质的产品。因此在钢生产流程中，生产无缺陷或不影响终端产品性能的可容忍缺陷铸坯，生产无缺陷或不影响结构件安全可靠性能的可容忍缺陷的钢材是冶金工作者的重要任务。随着科学技术的不断发展以及传统物理学、材料学的不断完善，连铸钢缺陷检测已经进入了纳米检测时代。扫描电镜以其高分辨率、高放大倍数及大景深的特点为连铸钢缺陷分析与对策研究提供了无限可能，使得材料分析变得更加具有科学性和实用性。扫描电镜广泛用于材料的形貌组织观察、材料断口分析和失效分析、材料实时微区成分分析、元素定量、定性成分分析、快速的多元素面扫描和线扫描分布测量、晶体/晶粒的相鉴定、晶粒与夹杂物尺寸和形状分析、晶体、晶粒取向测量等领域。电子显微镜已经成为钢铁行业在产品研发、质量检验、缺陷分析、产品失效分析等方面强有力的工具和检测手段。2连铸坯典型内部缺陷宏观和微观特征及形成机理简介2.1 缩孔缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上存在于铸坯中心区域、形状不规则、孔壁粗糙并带有枝晶状的孔洞，孔洞暗黑。一般出现于铸坯最后凝固部位，在铸坯纵向轴线方向呈现的是间断分布的孔洞。形成机理 连铸圆坯在凝固冷却过程中由于温度梯度大、冷却速度快和结晶生长的不规则性，局部优先生长的树枝晶产生“搭桥”现象，把正在凝固中的铸坯分隔成若干个小区域，造成钢水补充不足，钢液完全凝固时引起体积收缩，在铸坯最后凝固的中心区域形成缩孔。另外，拉坯速度过快，浇注温度高，钢水过热度大等都将影响铸坯中心缩孔的大小。因连铸时钢水不断补充到液相，故连铸圆坯中纵向无连续的集中缩孔，只是间断出现缩孔。微观特征 缩孔内壁呈现自由凝固光滑枝晶特征，见图1。图1 连铸坯心部断口中不致密的疏松和缩孔2.2 疏松缺陷特征 在横向酸浸低倍试片的中心区域呈现出的分散小黑点、不规则多边形或圆形小孔隙组成的不致密组织。较严重时，有连接成海绵状的趋势。形成机理 连铸过程中浇注温度过高，中包钢水过热度较大，铸坯在二冷区冷却凝固过程中由于温度梯度作用，柱状晶强烈向中心方向生长。中心疏松的产生可看成是铸坯中心的柱状晶向中心生长，碰到一起造成了“搭桥”阻止了桥上面的钢液向桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢液全部凝固后就留下了许多小孔隙；或钢液以枝状晶凝固时，枝晶间富集杂质的低熔点钢液在最后凝固过程中产生收缩，与此同时，脱溶气体逸出而产生孔隙；或是钢中的非金属夹杂物在热酸浸时被腐蚀掉而留下孔隙。钢中含有较多的气体和夹杂时，会加重疏松程度。疏松对钢材性质的影响程度取决于疏松点的大小、数量和密集程度。微观特征 不致密的自由凝固枝晶特征，常有夹杂物伴生，见图2、图3。图2 连铸坯心部断口中疏松与枝晶状硫化物图3 连铸坯心部断口中不致密的疏松缺陷图4 连铸坯中部断口中柱状晶及小气孔缺陷2.3柱状晶发达缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上，铸坯的上半弧枝晶发达至中心，下半弧枝晶相对细小。形成原因 连铸结晶器内钢液的凝固热传导对铸坯表面质量有非常大的影响。研究发现随着结晶器冷却强度（热流）的增加，坯壳的不均匀程度提高。如果冷却水冷却不均匀，上弧冷却强，就可能造成上弧柱状晶发达穿透至中心；下弧冷却弱，柱状晶就相对比较细小。微观特征 发达的枝晶状柱状晶其上常有小气孔或夹杂物存在，见图4。2.4 非金属夹杂物缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上的连铸坯内弧侧、皮下1/4—1/5半径部位分布有不同形状的孔隙或空洞（夹杂被酸浸掉）。在硫印图片上能观察到随机分布的黑点。形成机理 按夹杂物来源，非金属夹杂物分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂是指冶炼时脱氧产物和浇注过程中钢水的二次氧化所生成的产物未能排出而残留在钢中的夹杂物。外来夹杂是指冶炼和浇注过程中由外部混入钢中的耐火材料、保护渣、未融化的合金料等外来产物。这些内生或外来夹杂在连铸上浮过程中被内弧侧捕捉而不能上浮到结晶器液面是造成内弧夹杂物聚集的原因。微观特征 连铸坯中夹杂物多呈球状、块状、颗粒状，分布在疏松、气孔、晶界等部位，见图5、图6 图5 连铸坯心部断口晶界上的颗粒状碳氮化物图6 连铸坯心部断口中光滑气孔及枝晶状硫化物2.5 氢致裂纹缺陷特征 在横向酸浸低倍试片上氢致裂纹的分布形态是距铸坯周边一定距离的细短裂纹，有的裂纹呈锯齿状。在纵向试样上，氢致裂纹与纤维方向大致平行或成一定角度，裂缝的锯齿状特征更明显。在纵向断口上呈现的是椭圆形的银灰色斑点，一般称之为铸态白点。形成机理 氢致裂纹是由于熔于钢液中的氢原子在连铸坯凝固冷却过程中脱熔并析集到夹杂、疏松等空隙中化合成分子氢产生巨大的压力并与钢相变时产生的热应力、组织应力叠加，在局部缺陷区域产生巨大的气体压力，当超过钢的强度极限时，导致钢坯内部产生裂纹。微观特征 断口呈氢脆解理或准解理特征，见图7、图8。图7 连铸坯断口上的氢脆解理特征（H 5.4PPm）图8 连铸坯断口上的氢脆解理及颗粒状氧化物2.6连铸坯正常特征宏观特征 在横向酸浸低倍试片上无粗大的柱状晶、无裂纹、无气泡、无中心缩孔、无夹杂物聚集、无明显的成分偏析，质量良好。微观特征 连铸坯正常断口形貌为粗大的解理扇或解理河流形貌特征，见图9。图9 连铸坯断口中正常解理形貌特征

近日，同济大学地质体微观物理力学性能测量系统采购项目国际公开招标，预算1010万元，要求潜在投标人于2024年07月19日前递交投标文件。详情如下：一、招标内容招标项目编号：0705-244005012320招标项目名称：同济大学地质体微观物理力学性能测量系统采购项目项目实施地点：中国上海市招标产品列表：产品名称数量简要技术规格备注地质体微观物理力学性能测量系统1批该系统针对海洋沉积物等地质体微观物理力学性能的测量，融合了流变特性测量、微观三维结构测量及原子级力学性能测量三个模块，实现了大范围颗粒尺寸、高精度、全方位的地质体微观物理力学性能获取，可应用于以地质体微观物理力学特性分析、大地质颗粒浆体3D结构及其空间展布观测为基础的地质资源与地质工程领域。预算金额：人民币1010万元最高投标限价：人民币950万元二、投标人资格要求投标人应具备的资格或业绩：1) 必须是具有独立法人资格的法人或其他组织；2) 投标人应在投标文件中提供投标产品正规销售体系中针对本项目的授权书（说明：招标文件中的制造商授权书格式也同样适用于主要设备制造商正规销售体系中负责在中国地区销售业务的代理商出具的授权书。当由此类代理商出具授权书时，应同时提供制造商出具给该代理商的仍在有效期内的销售其产品的代理证书）；3) 采用源自中华人民共和国关境内（不包括香港、澳门和台湾等单独关境地区）制造的产品（含由境内海关特殊监管区域内企业生产或加工（包括从境外进口材料、部件）的产品）参与投标的境内投标人，应当符合《中华人民共和国政府采购法》第二十二条第一款所规定的资格条件（应在投标文件中提供《中华人民共和国政府采购法实施条例》第十七条第一款所规定的资格证明文件）；4) 投标人须在投标截止期之前在国家商务部指定的机电产品招标投标电子交易平台（以下简称电子交易平台，网址为：http://www.chinabidding.com）上完成有效注册（由于电子交易平台的注册审核需要一定时间，如投标人在决定参加本项目投标后请尽早登录该网站查询自身是否已经处于有效注册状态，以免因临近投标截止时间再来办理注册事宜而影响正常投标）。是否接受联合体投标：不接受未领购招标文件是否可以参加投标：不可以三、招标文件的获取招标文件领购开始时间：2024-06-28招标文件领购结束时间：2024-07-05是否在线售卖标书：否获取招标文件方式：现场领购招标文件领购地点：https://www.shabidding.com招标文件售价：￥500/$80其他说明：有兴趣的潜在投标人可从2024年6月28日起至2024年7月5日止，每天9:00时至16:00时（北京时间）在上海国际招标有限公司网站(https://www.shabidding.com) （以下简称官网）免费注册并在线领购招标（或采购）文件。在上述规定的招标文件出售截止期之后将不再出售本项目的招标文件。本招标文件每套售价为人民币伍佰元整（RMB500.00）或捌拾美元（USD80.00），售后不退。未从招标机构处购买招标文件的潜在投标人将不得参加投标。（1）潜在投标人（或供应商）首次注册需要提供《供应商注册专用授权函和承诺书》（可从供应商注册页面下载）盖章扫描件，潜在投标人（或供应商）应当提前准备，尽早办理，以免影响领购招标（或采购）文件。（2）已注册的潜在投标人（或供应商）可从网站采购公告栏的相应公告中进在线领购招标（或采购）文件流程。若公告要求提供法定代表人授权书等领购资料的（资料格式可从公告附件下载），潜在投标人（或供应商）应当上传相关资料的原件扫描件，否则采购代理机构有权拒绝向其出售招采购文件。无需提供领购资料的项目，潜在投标人（或供应商）提交领购申请并支付费用到账后即可下载电子招标（或采购）文件。项目经理会将纸质文件快递给潜在供应商。发票将以电子发票的形式发送到潜在投标人（或供应商）登记的电子邮箱。（3）对于未按上述要求进行注册并领购招标（或采购）文件的潜在投标人（或供应商），代理机构有权拒收其提交的投标（或响应）文件，对已经接收的投标（或响应）文件也将提请评标（或评审）委员会作无效投标（或响应）文件处理。四、投标文件的递交投标截止时间（开标时间）:2024-07-19 09:00投标文件送达地点:中国上海延安西路358号美丽园大厦13楼1303会议室开标地点:中国上海延安西路358号美丽园大厦13楼1303会议室五、联系方式招标人：同济大学地址：四平路1239号联系人：孙老师联系方式：021-65985215招标代理机构：上海国际招标有限公司地址：中国上海延安西路358号美丽园大厦14楼联系人：何沛霖、徐迪联系方式：021-32173703六、汇款方式招标代理机构开户银行(人民币)：招商银行股份有限公司上海普陀支行招标代理机构开户银行(美元)：CHINA GUANGFA BANK, H.O账号(人民币)：215080920510001账号(美元)：9550880025773600333七、其他补充说明其他补充说明：邮箱 hepeilin@shabidding.com

一、前期回顾 上期我们发现纸币防伪条之所以呈现不同色彩和形貌是因为特殊的微观结构所导致（详细情形见第三期文章），材料的微观结构对宏观的光学性能巨大的改变。由于大部分读者在上期投票中选择【B选项：1元/斤的大米和10元/斤的大米在显微镜下有何区别。】 那么今天笔者带领大家来一起探索优质大米（吃起来劲道的新米）和劣质大米（口感较差的陈米）在显微结构上有什么不一样。二、序 言金属的强度、韧性、脆性与它的微观组织结构有很大的联系：韧性强的金属材料会发生韧性断裂，在断口的断面会观察到有典型“韧窝”特征的韧性断裂区；脆性大的金属会发生脆性断裂，在断口的断面会观察到有典型“台阶”特征的解理断裂区。这些不同的断口形貌是由微小的热处理工艺或材料成分的微小差别所引起的，不同的微观组织形貌代表了不同的金属材料生产工艺。那么我们猜想：是否可以通过显微形貌分析来判断生长周期不一样、或者营养成分/化学物质不一样的农作物呢？三、大米断面显微形貌分析，大米淀粉形貌及淀粉复粒形貌本期选择同种大米的两个不同时期（新米10元/斤、存放半年的陈米6元/斤）的样本进行微观形貌的拍摄，来研究放置时间长的大米除了靠气味和口感上的差异来区分外，是否可以通过材料显微分析的手段来进行辨别。 1. 大米断口分析大米断口显微形貌图 如上图A所示，我们把大米粒掰断后可以看到大米粒断口是有形貌特征的。放大到100倍下如图B我们可以看到有类似金属沿晶断口及窝韧形貌特征的存在。图C是窝韧特征的细节放大图，可以发现是由10μm左右的一粒粒大米淀粉微粒组成的、断口高低起伏且小一点的淀粉微粒棱角分明。图D是大米内部淀粉复粒组成的，大米复粒表面比较光滑，复粒淀粉之间的交界面都很平滑，且复粒内不光有淀粉微粒，微粒之间还会有蛋白质存在（表面黑色条纹部位）。 从上图我们可以看出大米颗粒是由一粒粒淀粉微粒所组成的复粒淀粉粒所组成，当断裂部位是沿复粒淀粉截面扩展时，断口呈现平滑的沿晶裂纹特征；当断裂部位穿过复粒淀粉而扩展时，断口呈现穿晶断裂。 不同大米由于生长周期及成分都有差别，导致了淀粉微粒、淀粉复粒的形貌及它们之间的结合力各不相同，因此不同大米的断口形貌也完全不一样。 2. 复粒淀粉沿晶/穿晶断口形貌分析复粒淀粉穿晶断裂（左）和沿晶断裂（右）形貌差异对比 上图左是复粒淀粉断裂时的断口形貌，可以发现中间的淀粉微粒周围暗色的部分是大米内部的蛋白质，一个个淀粉微粒是由蛋白质连接起来的，其中画红圈的部分是大米内部的脂质颗粒，该颗粒在新大米断口处几乎没有，而在陈旧大米内部有很多，推测该脂质的析出导致了连接淀粉微粒的蛋白质发生了变化，导致大米复粒内部黏合力发生改变。上图右是大米淀粉复粒表明断口图，可以看出断口处非常平滑，正常情况下淀粉复粒间的结合能是远低于淀粉粒间内部结合能的，所以断裂一般都发生在淀粉复粒平滑处。 3. 新米与陈米断口微观形貌结构对比陈米（左）与新米（右）断口显微形貌差别 在显微镜下我们可以看到陈米断口（上图左）相较于新米断口（上图右）呈现更多的“窝韧”形貌特征，断裂面穿过了大米复粒淀粉。而新米大部分断口为“沿晶”解理，断裂面沿淀粉复粒扩展。拍摄结果表明正常新米内部的结合是复粒淀粉内部大于复粒淀粉边界的。随着大米放置时间的增长，米粒内部的化学物质发生了变化，导致复粒淀粉内部的微粒间键合减弱结合力变差，断裂裂纹面主要由从复粒淀粉边界扩展变为从复粒淀粉穿过后断裂。 四、后 记 “天空没有翅膀的痕迹，但是鸟儿却飞过”。不同于鸟儿在天空飞过没留下痕迹，任何材料的生产和合成所经过的工艺都会在材料内部留下显微痕迹，通过显微技术来辨别材料的显微形貌/结构的特征，可以轻易的判断出材料的生产工艺及历程。例如现阶段人们已经开始利用显微镜来鉴别区分不同植物、动物的品种，从而为原材料把控、溯源、生产过程质控提供了重要指导依据。 下期主题（动物）三选一： A、蝴蝶翅膀在阳光下产生绚丽颜色的原因。B、年轻人及老年人头发表面及断面的形貌差异。C、过期变质食物中的细菌。

探索固液界面微观结构 材料的物理化学性质不仅由其内部的组分、结构决定，而且与其周围的介质环境及表界面性质息息相关。而水作为最常见的介质环境，不仅与材料产生多种不同的作用力，如亲水作用力、疏水作用力，甚至会与材料发生各种物理和化学过程，从而对材料的性能产生重要影响。因此，在分子层面解析水与材料表面的相互作用与化学过程，对深入研究材料的表界面性质、形成机理具有重要的推动作用，同时有助于指导人们开发更好的材料与器件。 岛津 SPM-8100FM 图1 岛津SPM-8100FM 当前市场上扫描探针显微镜（SPM）有多个品牌，大多数都是使用调幅模式（AM），但是在原理上调频模式（FM）可以获得更高的图像分辨率。岛津SPM-8000FM就是采用调频检测方法，成为世界上首个商品化调频模式的扫描探针显微镜（注：原子力显微镜只是扫描探针显微镜的一种），并荣获2014年第57届“十大新产品奖”。而SPM-8100FM为SPM-8000FM的升级款，与之相比不仅分辨率有了进一步的提升，稳定性也得到了大幅提升。它不仅在大气及液体环境中达到了超高分辨率的观察，还实现了对固液界面的水化层作用或溶剂化作用层的观察，恰好适用于水-材料表界面性质的研究。下面小编就向大家介绍岛津SPM-8100FM（图1）在研究水与不同材料表界面作用中的应用。 采用SPM-8100FM 测试样品 图2 固定在液体池中三个样品的光学图片 小编通过三种不同的样品向大家展示：亲水的云母片、疏水的高定向热解石墨（HOPG）以及可以与水发生反应的方解石（图2）。采用SPM-8100FM的调频模式即可对样品的固液界面进行Z-X方向测试，也就是测试垂直于样品表面的水分子排布，测试示意图如图3所示。 图3 液体样品池测试示意图 测试结果 图4 测试所得三种体系的SPM图及水分子分层信息 所得结果（图4）中的下方黑色区域为固相（即方解石、云母和HOPG），紧靠其上表面的规整区域就是排布在固相表面的水分子层，图中红色虚线框标记的就是一个水分子哦。仔细对比，我们可以发现方解石和云母表面的水分子排布十分相似，但与HOPG表面的水分子排布相差很大。 对三者进行定量分析可知，第一层水分子距方解石、云母及HOPG的表面距离分别为0.15nm 、0.21nm 和0.38nm ，而第二层水分子的距离分别为0.34nm 、0.35nm 和0.92nm。有力地证实了水分子易在亲水材料表面铺展，而在疏水表面具有较大的水分子层间距，这也是水在普通纸张和荷叶表面具有不同铺展性的原因。 撰稿人：刘仁威

对极限微观的不断探索源于人们原始的求知欲。国际度量衡制度的确立为我们指引了探索的方向。从米到毫米，从毫米到微米，从微米到纳米。当物质被我们不断地“劈碎”。越来越多新性质，新现象，新功能被发现。人们对自然的认识越来越深刻，对物质的操纵也越来越得心应手。 从二十世纪末开始，人类对微观的探索延伸到了纳米领域。在这个从仅比原子高一个层级的尺度范围内，物质展现了一种和宏观截然不同的状态和性质。表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应带来的是超高强度、超高导电性、超流动性、超高催化活性等等无与伦比的属性。 碳纳米管作为第一种人工合成的纳米材料，甫一问世，其超高强度就惊艳世人。它的质量是相同体积钢的六分之一，强度却是铁的10倍。 单壁碳纳米管高度（直径）测量在碳纳米管被研制出来以后，双壁碳纳米管、掺杂碳纳米管、复合碳纳米管等多种材料被源源不断制作出来。极小的尺度和样品多样性，迫切需要一种合适的检测工具。 在纳米尺度下，光学显微镜的分辨率早已鞭长莫及，电子显微镜则因为严格复杂的制样过程使测试门槛令人高不可攀，激光粒度仪对长径比过大的样品测试误差极大也不适合。这时，较合适的观测工具就是原子力显微镜。 原子力显微镜作为专门的纳米材料表征工具，天然具有高分辨率、高环境兼容性、多属性分析种种优势。 原子力显微镜观察的不同碳纳米管形态在生产中，因工艺不同，会产生长短粗细不同的碳纤维。如何有效对这些样品进行归类分析是个大问题。 不同工艺下碳纳米管分散状态借助岛津原子力显微镜配备的颗粒分析软件，则可以自动分析筛选，并对纤维的各种尺度进行统计分析。 极长和极短碳纳米管的自动分类统计同样，对于常见到的纳米材料——纳米颗粒而言，也可以依靠该软件进行统计分析。 纳米颗粒的粒径统计而且，利用原子力显微镜，还可以有效观察同样粒径下颗粒的不同形貌。例如以下两个颗粒，粒径均在100nm左右，如果用激光粒度仪测试，会被归为一类。但是用原子力显微观察，则可以发现很大的不同。 粒径近似的纳米颗粒聚集形态左侧的颗粒是单个粒子，二右侧的则是多个颗粒聚集形成的，在原子力显微镜的小范围观察图像中可以清晰分辨二者的不同。 但是，通常的原子力显微镜很难兼顾大视野和高分辨。要想同时观察统计大量颗粒，就需要用大范围观察，这样一来每个颗粒的细节分辨就难以看清。如果聚焦到一个颗粒上细致观察，则无法从整体上评估样品。 解决的办法就是提高原子力显微镜图像的分辨率。岛津推出了8192*8192点阵的高扫描能力。可以在大范围观察的同时又看清每一个小细节。 兼顾大视野和小细节的超大点阵扫描图像原子力显微镜作为人类眼睛的延伸，像一个精细的触手，细致地捕获纳米材料的形貌、机械性能、电磁学性能等等属性，使这个微乎其微的领域直观地展现在我们眼前，为我们更深更广地认识纳米材料提供了有力帮助。 文中相关仪器介绍详见以下链接：https://www.shimadzu.com.cn/an/surface/spm/index.html 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

序 言自然界中的所有动物和植物都具有类似的网格状等级结构，比如叶子的叶脉、植物的根茎系统、人体的血管系统等等，这些结构的存在不仅仅是为了保证自身结构的稳定，同时还确保了生命体在进行新陈代谢与物质能量传递过程中所受的阻力最小、运输的效率最高。一、默里定律在自然界的应用我们都知道根据流量与流速的关系，当液体从一个比较粗的管道流进一个比较细的管道时，液体的流速会增加，同时细管的所受的液体压力相对于粗管所承受的压力来说也更大。但是通过对我们生物界的血液系统进行观察可以发现生物体内不管是粗的血管还是细的血管，所受的压力都不会太大。科学家默里通过观察发现在人体中很多小血管从一个大血管分叉出去，所有小血管的横截面积的总和大于大血管的横截面，通过精确计算可以知道在一个最佳血液循环网络中，大血管半径的立方，大约等于小血管半径的立方的总和。图1. 人体血管与叶片脉络的电镜显微图如上图所示，在自然界中不管是动物还是植物，涉及到物质运输时，其运输管道都会遵循默里定律（血管、气管、根系、叶脉等），以使物质传输效率达到最优化，同时也使构造力学结构最优化。二、通过向自然界学习默里定律的应用示例2.1 锂离子电池图2. 根据默里定律设计的多等级孔道电极材料示意图 依据默里定律发现的自然界中动植物物质运输的最优化法则，科学家们设计了上图2所示的多等级孔隙电极材料，电极材料中的大孔、小孔、微孔的孔隙比率遵循了默里定律的最优比。有这种结构的电极材料由于锂离子在其内脱锂嵌锂的效率非常高，其充放电的倍率性能及比容量都比常规的氧化锌电极材料高出很多，下图是其充放电的性能示意图：充放电倍率性能、循环稳定性能、比容量性能示意图2.2 天然气、水、石油运输图3. 管道运输示意图西气东输、南水北调这些石油、天然气、水的大量运输过程中管道的粗细与运输速度和所承受的压力要经过严格的计算才能保证安全高效的运输工作，这里也体现了默里定律的重要性。后 记“实践是检验真理的唯一标准”，先人们通过模仿大自然的运行规律，总结出来了很多可以被我们后人来学习和使用的规则与定律，通过对这些规则与定律的应用，我们的生活水平与科技水平得到了飞速的提高。但是碍于之前我们的观察能力，仅仅能对肉眼或者光学显微镜能够看到的世界来进行学习与模仿。而现如今电子显微镜的存在极大的提高了我们观察身边的微观世界，更有效的学习自然法则，研究微观形貌结构与宏观材料性能的关系，制造出更先进更优异的材料及工具来改善我们现今的生活。

——显微技术在钞票防伪中的应用 前期回顾前两期内容我们通过显微分析技术，探索了防雾霾口罩的微观结构和显微镜下雾霾颗粒的形貌，并且通过SEM扫描电子显微镜与能谱EDS联用分析了被口罩所拦下的颗粒的化学组成。本期我们将继续通过显微分析来探索：【为何2009版的美元被称为最难仿制的货币】。序 言如下图所示，【2009版】100美元中新加了一条垂直的蓝色3D防伪条，上面印有深蓝色“100”字样和费城“自由钟”图案，变换钞票角度时，钟形图案会变成数字“100”。将钞票前后倾斜，钟形图案和数字“100”会左右移动。如果左右倾斜，它们将上下移动。 新/旧版100美元差别示意图 这种MOTION安全线采用了目前最新的微透镜阵列成像技术，几乎没有办法进行伪造。本期我们将通过显微镜来对100元美刀的MOTION进行观察，揭开这种微透镜成像技术之谜。 一、神奇的变色蓝条——MOTION安全线本期专题笔者带着好奇心，把100美刀的钞票放进了我们的ZEISS电镜下面，来观察100美刀上神奇的蓝条结构是否有什么不同。 1. 2009版100元美刀的制样及观察范围2009版100元美刀的简单制样及观察部位废了不少力气笔者终于收集到了一张2009版的100元美刀，如上图所示，经过简单的折叠将它固定在Zeiss电镜的19孔样品台座上（可以同时放置19个小的样品台），之后将它放进电镜中对右下角图片中画红框的部位进行观察，看这条蓝色的变色条带在微观形貌上有什么特别的地方。 2. 微观形貌结构对比蓝条部位（左）与旁边部位（右）显微结构差别在显微镜下我们可以看到蓝条部位（上图左半边）由很多个直径20μm的小球致密有序的排列而组成的，上面还印刷了菱形的有序栅格。而右边部分在显微镜下可以看到是由印刷的特别致密平整的纸浆纤维组成的，肉眼下可见的有序的条纹在电镜观察是由很多几十个μm的小片组成的。 3. 高倍形貌-元素分析有蓝条部分（左）和无蓝条部分（右）形貌及元素差异的对比 从图中形貌分析中可以看出蓝条部位与周围形貌最大的差别就是有了一个个规则排列的圆形小球，这些小球尺寸均一，排列整齐，同时通过元素分析我们可以发现这些小球都是有碳氧有机物组成的高分子小球，因此可以想象要制作这样的材料对工艺的要求非常的高，同时除了这些小球外，上层还印刷了一层含有“氟、镁、铝、铁、络”的金属印刷条纹，这一条小小的蓝色条带集成了目前很多的高精端技术。右边的印刷条纹放大了之后可以看到是由一片片片状的物质组成的，这些片状物质的元素也是含“氟、镁、铝、铁、络”的金属物质，但是与蓝条上的金属物质形貌差别很大，可以明显看出这两种材料是由不同种牌号的原料和工艺制作而成的。 二、微阵列透镜成像技术美国2009版100美元采用了6毫米宽的双通道MOTION技术，动感强烈，既简单又明了的大众防伪技术，下图为我们直观的介绍了微透镜成像技术的原理结构图：微透镜成像技术示意图该技术在透明薄膜的两面分别制作微透镜阵列和与之匹配的微图文阵列，通过微透镜阵列对微图文阵列的莫尔放大作用成像，形成强烈的动感、体视、变换等多种效果，包括上浮、下沉、平行运动（动感效果与移动方向一致）、正交运动（动感效果与移动方向垂直）、双通道等。通常透明薄膜要求很薄，一般要求小于50μm, 这就必须要求微透镜阵列与微图文阵列的加工精度非常高，常规的制版和生产工艺无法满足要求，只有依靠现代的精密微纳加工、UV压印等特殊的工艺，而且，两者之间还需要严格的结构匹配关系、工艺要求非常高，极难伪造，只有通过显微结构分析，对工艺及条件摸索的很成熟才可以做出来。 三、后记蛋白石呈现多种颜色与微观结构的关系材料的微观结构对宏观的光学性能巨大的改变，一直以来在自然界中就有存在，从蝴蝶翅膀到阳光下五彩缤纷的蛋白石（上图左），这都是由于这些材料本身的特殊结构所引起的。我们人类通过对周围微观世界的观察和思考，模仿自然界的原理，一步步的发展出了很多先进的光学技术，如光纤传导、数码成像、光子晶体等等。。。极大的改变了人类生活的品质。通过运用显微技术对微观世界进行观察，我们的生活发生了翻天覆地的变化，而随着显微技术的不断成熟和先进，我们在微观世界可以观察到的信息越来越多，可以预见我们的人类今后的生活会更加的便捷和美好。 下期主题（食品）三选一： A、不同种类淀粉在显微镜下的形貌特征。B、1元/斤的大米和10元/斤的大米在显微镜下有何区别。C、转基因大豆与非转基因大豆的微观形貌观察。

为推动我国无损检测技术发展和行业交流，促进新理论、新方法、新技术的推广与应用，仪器信息网定于2023年9月26-27日组织召开第二届无损检测技术进展与应用网络会议，邀请领域内科研、应用等专家老师围绕无损检测理论研究、技术开发、仪器研制、相关应用等展开研讨。会议期间，南京航空航天大学王平教授将分享报告《钢板微观组织及性能在线预测》。探究铁磁材料的微观结构及磁畴动力学、材料机械性能、无损检测电磁参数三者之间的联系。研究发现，铁磁材料缺陷的形成包含孵化期、初始裂纹产生和扩展期等部分，不同时期材料的微观结构不同。铁磁材料的机械性能也与微观结构相关，研究磁化过程中畴壁动力学行为有助于探究电磁信号产生的驱动力，更深层次了解铁磁性材料的微观结构特性，并与检测获得的电磁物理量相关联。通过多种电磁无损检测方法可以获得多维检测参数，利用这些检测参数，也可以建模获得材料的机械性能。王平教授团队以此机理开发铁磁材料机械性能电磁无损检测设备，设计了国内首个薄带钢多参数机械性能在线检测系统，可实时检测出所生产薄带钢的机械性能，提高带钢检测精度和效率，减少检测成本，同时实时监测带钢的生产质量并给出判定提示。附：参会指南1、进入第二届无损检测技术进展与应用网络会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/ndt2023/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、报名开放时间为即日起至2023年9月25日。3、会议召开前一周进行报名审核，审核通过后将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。4、本次会议不收取任何注册或报名费用。5、会议联系人：高老师（电话：010-51654077-8285 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）6、赞助联系人：周老师（电话：010-51654077-8120 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

认识雾霾之盾——口罩的微观视界序言冬季以来，环境问题—“雾霾”成为人们关注的焦点。网上关于“雾霾”以及“防雾霾”口罩的报道层出不穷。OPTON作为实验室系统解决方案供应商，以自己的显微视角对“雾霾”问题进行了分析和研究，同时，OPTON希望能通过显微分析技术来拓展大家对生活中微观世界的认识。 本期主题是走进“雾霾之盾—口罩”的微观视界。通过电子显微镜对“平时生活中市场上用的最多最有效的几款防PM2.5口罩进行观察分析，带大家一起去领略电镜下的防雾霾口罩。 一、口罩宏观拆解左：EPC 活性炭口罩 KN95；右上：霍尼韦尔H950V；右下：绿盾M95 以上三种口罩皆为颗粒物过滤效率高于95%的口罩，EPC与其它两款口罩不同的地方在于口罩内部加了活性炭层。左：霍尼韦尔H950V；中：绿盾M95；右：EPC 活性炭口罩 KN95； 将口罩截面剪开可以发现，除了霍尼韦尔、绿盾【无纺布-静电滤棉-无纺布】这种经典的口罩结构外，EPC还额外多出了【活性炭层】及【加厚静电滤棉】层。一、口罩微观视界1. 无纺布三种品牌最外层无纺布扫描电镜形貌（左边为低倍、右边为高倍） 防PM2.5口罩的无纺布均采用热轧加固的方式进行成型的，因此从左边三幅图可以发现凡是无纺布上都会有类似压扁的致密“扁坑”。其中由于无纺布制造工艺不同：在形貌上霍尼韦尔的无纺布最致密、“扁坑”最深，绿盾的无纺布最疏松、“扁坑”最大而平；EPC介于两者之间。2. 静电滤棉 静电滤棉也为无纺布中的一种，在无纺布生产后经过静电处理会带有静电。这种静电力会对从其内通过的气体中的微粒物进行吸附，是防PM2.5口罩中，吸附PM2.5颗粒物的主要战斗力。从图中右侧高倍图片可以看出：EPC的静电滤棉最致密，但是形貌不均一，有带状显微及球状纤维颗粒存在；绿盾的静电滤棉纤维形貌最均一，且滤棉也比较致密；霍尼韦尔介于两者之间。3. 活性炭层+加厚静电滤棉EPC活性炭口罩比其它两款多出的两层（右上：活性碳层；右下：加厚静电滤棉层） 三种品牌的口罩在各层性能相差不大的情况下，EPC多出的两层过滤层会有更多的功能：活性炭层不但可以吸附颗粒物，同时对空气中的气体也会起到一定的收集作用，从图中右上部分可以看出在活性碳层上，纤维上有大量的活性炭存在。加厚的静电滤棉层与之前的静电滤棉层形貌有很大的差别，对漏过的少量颗粒物进行再一次吸附，起到进一步的颗粒物过滤功能。 一、后记通过显微分析可以观察到我们平时肉眼不可见的形貌细节，对实际生产与生活中的工艺控制及性能形貌学分析有很重要的意义，是反向工程中重要的技术手段之一。除了EPC这款N95口罩外，市面上也有很多其它品牌的带有活性炭层的PM2.5口罩，基本都是五层结构，最明显的区别就是含有活性炭层的口罩外观都为浅灰色，价格会比同过滤级别的口罩稍高一些。目前口罩品牌及型号很多，笔者仅选择网上用户采购最多的几款来进行实验，向大家介绍显微分析的魅力之处，具体如何评判各种款式口罩的优劣目前还没有比较行之有效的方法，希望后期能与大家进行进一步交流。

近日，思百吉集团Spectris (SXS) CEO Andrew Heath在思百吉亚太总部负责人Simon Eagle和马尔文帕纳科中国区业务总监董继鑫（Jason Dong）的陪同下到访珠海欧美克仪器珠海总部。此次来访，旨在与欧美克员工共享思百吉集团全球战略和卓越运营，共同实现可持续的业务发展。珠海欧美克仪器是Andrew此次亚洲之行中重点到访的一站，在一天时间内，他实地走访了欧美克珠海总部每一个部门以及PMS珠海工厂，亲切地和欧美克仪器珠海总部的每一位员工打招呼并与部分员工进行了充分的面对面交流，还特地安排了全体员工大会与所有欧美克员工进行线下线上相结合的交流并耐心解答员工的所有提问。Andrew走访珠海欧美克以及PMS珠海工厂Andrew向全体欧美克员工分享了思百吉集团2023年最新的财务状况，并表示集团旗下的企业2023年订单趋势均较为强劲，且能够保持高效的生产和交付。这些都依赖于包括欧美克在内的全球所有员工的共同努力。他也借此机会为全体员工带来所有集团管理层的感谢和问候！此外，Andrew重点分享了集团的卓越运营，包括了以SBS为基础建立科学业务组合，高度关注并履行对客户的承诺，在有效提高生产力、驱动效率的同时关注减少浪费和环境影响，实现通过精准测量的技术力量让世界变得更清洁、更健康、更高效！在“诚信”、“尽责”、“卓越”的共同价值观引领下，始终致力于成为可持续发展的业务合作伙伴、投资对象和雇主。在听取了欧美克管理团队的汇报后，Andrew表示他对欧美克日益完善的精益生产运营体系、零排放制度、学术领域参与度以及专业高效的技术服务实力等方面取得的成效表示衷心祝贺。他强调，共同的目标和价值观是思百吉战略中非常重要的部分。欧美克作为国内著名的颗粒测量仪器制造商，也是集团旗下的唯一一个中国品牌，要致力于为中国乃至全球客户提供更高附加值的产品和完整的粒度检测解决方案，为行业提质增效而作出力所能及的贡献，要持续关注环境、合规和商业道德，为实现业务可持续发展奠定良好的基础。借此机会，Andrew也亲自为参与思百吉集团举办的“人与自然和谐共处”儿童绘画比赛且获得优胜奖的“欧美克二代”们颁发了奖牌和奖品，希望在可持续发展的愿景下，从集团每一位员工自身做起，从而影响他们的孩子、家人、朋友甚至身边的每一个人。从小、从少不断积累和践行，树立人与自然的和谐共处的理念，为创造更清洁、更健康、更高效的环境而共同努力。Andrew本次的到访，不仅彰显了欧美克仪器作为思百吉集团的重要一员贡献突出，也为欧美克未来持续稳定的发展引领了方向。自2010年成为英国思百吉集团成员之后，欧美克坚定不移地秉承“诚信”、“尽责”、“卓越”的“赢之有道”企业价值观，积极承担企业的社会责任。在智造强国建设的大背景下，欧美克始终致力于以材料粒度检测技术推进产业减排降碳的质量发展，时刻肩负着让微观更可知，让用户更进步，让世界更美好的企业使命。在欧美克品牌成立30周年之际，欧美克郑重承诺将一如既往为全球用户及合作伙伴提供更优质的产品和技术服务解决方案，一同探索颗粒表征领域的星辰大海，引领可持续业务，成就微观无限潜能！

仪器信息网讯 2022年10月14日，由马尔文帕纳科携手仪器信息网联合主办的“微观丈量，‘膜’力无限——X 射线分析技术应用于薄膜测量专题网络研讨会”成功举办。本次活动吸引500余人报名参加，直播间气氛活跃，提问不断。马尔文帕纳科先进材料行业销售经理程伟为活动致开场词。程伟讲到，马尔文帕纳科隶属于英国思百吉集团，为微观领域材料表征技术专家，聚焦基础材料、先进材料、医药与食品三大市场，致力于释放微观世界的力量，促进宏观世界的改变。马尔文帕纳科的XRD、XRF产品可以为薄膜材料分析提供全面解决方案，帮助客户获得薄膜材料的元素构成、物相、厚度、取向、残余应力等关键信息。会议特邀高校资深应用专家及马尔文帕纳科技术专家分享精彩报告。同济大学朱京涛教授作《X射线衍射仪在纳米多层薄膜表征中的应用》主题报告，系统介绍国内外多层薄膜研究进展，并结合其团队研究实例，围绕X射线衍射仪在纳米多层薄膜表征中的应用开展探讨，采用掠入射X射线反射、X射线衍射、X射线面内散射等测试方法，表征周期、非周期、梯度多层膜，以及膜层厚度、界面宽度、薄膜均匀性、结晶特性、粗糙度等信息。从1954年飞利浦第一台用于薄膜分析的X射线衍射仪诞生以来，马尔文帕纳科X射线分析技术应用于半导体薄膜材料测量已有非常悠久的历史，目前可为世界各地的半导体制造商提供完整的物理、化学和结构分析解决方案，从薄膜厚度和晶向到组分、应力、结晶度、密度和界面形态等。马尔文帕纳科亚太区半导体销售经理钟明光详细介绍了公司X射线衍射及X射线荧光分析技术在半导体薄膜领域的整体解决方案，包括新一代X'Pert3 MRD(XL)高分辨X射线衍射仪、2830ZT波长色散X射线荧光圆晶分析仪等。多晶薄膜材料的晶型、残余应力和织构影响着薄膜的物理和力学性能，对这些参数进行测量和分析可以为薄膜沉积工艺的调整和优化提供依据。在衍射仪中构建适合薄膜分析的光路，在常规的晶型分析外，还可以对薄膜材料进行无损的残余应力和织构分析。马尔文帕纳科中国区XRD产品经理王林带来题为《多晶薄膜应力和织构分析》的报告，结合多晶薄膜分析示例，分享了马尔文帕纳科X射线衍射技术在多晶薄膜的物相、应力、织构表征方面的应用。Aeris台式衍射仪的演示短片通常，X射线衍射仪分析薄膜材料，都是在大型落地式的XRD上实现的，但马尔文帕纳科在2021年推出了新一代的Aeris台式XRD，可以通过增加掠入射功能附件，实现在占地面积更小的台式衍射仪上进行薄膜的物相和掠入射残余应力分析。报告间隙，特插播Aeris台式衍射仪演示短片，让用户更直观了解这款“一机多能”的多功能型台式X射线衍射仪。X射线荧光光谱通常被认为是一种成分分析技术，广泛应用于各类工业过程控制。追本溯源，其分析原理来自于X射线与物质的相互作用，因此该技术的应用也被延伸至各类薄层样品的表征，获取涂层和镀层中的层厚和薄层成分信息。在薄层样品的分析上，XRF具有无损分析、测量速度快、层间界面要求较低、样品尺寸灵活和适用多层分析的特点，被广泛用于半导体、金属、电子等领域。报告中，马尔文帕纳科中国区XRF产品经理熊佳星先生分享了X射线荧光技术用于涂层镀层分析的原理、方案及典型应用，并演示了实际样品的测量过程；视频中，Epsilon4台式XRF搭配专用的薄膜分析软件Stratos可以实现对涂层和镀层的快速、准确的无损分析。台式荧光仪镀层分析演示视频本次专题活动，马尔文帕纳科还为用户准备了丰富的礼品，随着第三轮抽奖活动的结束，会议进入尾声。未来仪器信息网和马尔文帕纳科也将一如既往为薄膜材料等先进材料用户提供更多更优质的服务。更多活动详情请点击下方专题。

引 言电子显微学技术作为现代科学中最重要的材料表征手段，不仅可以表征材料的微观结构与成分信息，还可以观察其表面形貌状态的细节信息，已经广泛应用在材料的研发以及工业生产过程中。在材料研发方面，我们知道材料的强度与延展性是金属材料中的关键力学性能，往往决定了材料的应用前途。而这两个性能往往也是相悖的。金属材料会因为位错密度的增加表现为强度的增加，于此同时延展性却会减弱。但是通过改进合金的组分和加工策略可以避免两种性质的对立局面。因此，如何同时获得高强度以及高的延展性是工业中亟需解决的问题。而这一切都离不开电子显微学的表征。在工业生产方面，国产材料往往在性能上与外国生产的材料有所差距，这是由于材料的结构组织的差异，通过电子显微学的观察其结构组织差异，进而改进生产工艺，提高材料的性能。由此今天小编就举两个例子，说明先进电子显微学在材料研发生产过程中的重要作用。一 、SEM在材料研发方面的应用第一个例子就是在材料研发方面，近日，北科大研究人员在国际知名期刊Science上发表论文（2017年8月24日题目为“High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels”），其研究的成果是发展了一种变形分区(D&P)策略解决材料的强度与延展性同时提高的新思路。研究人员利用轧制和低温回火过程将中锰钢成功发展为超级钢（10%锰，0.47%碳，2%铝，0.7%钒）。这其中锰和碳原子都是奥氏体稳定剂，而铝的作用是抑制了回火过程中渗碳体的析出，钒的加入则可以形成碳化物来增强对滞后断裂的抵抗性。通过引入大量的可移动位错，研究人员成功地证明了提高位错密度能够同时提高材料强度和延展性。其材料的结构组织表征用到了EBSD技术，确定了奥氏体相与马氏体相的分布状态(如图1所示)，运用透射电子显微技术表征了马氏体相中的位错以及孪晶的存在。经过后续不同的热处理工艺，使得材料既具有良好的韧性也有较高的强度(见图2)。可以看出通过材料微观组织形态的调整，使得不增加材料元素种类的情况下，仅仅是通过调整结构组织的组成比例与形态，达到了较高的力学性能。由此可以看出材料的微观结构表征对材料的研发有着重要的实际意义。图1 拉伸试验以前D&P钢的微观结构 a）EBSD图像显示了奥氏体相(γ)与马氏体相(α’)的板条状分部以及取向信息，b）马氏体中的位错，c）包含有孪晶与位错的透镜状的马氏体相图2 D&P合金以及相关的高强合金的拉伸性能二、SEM在材料生产方面的应用第二个是工业生产中的限动芯棒的例子，限动芯棒是无缝钢管限动连轧机组中参与钢管轧制内变形的最重要工具,是一种高附加值的大宗消耗备件。 其工作环境极为恶劣, 需在高温下承受很大的复杂循环热应力。根据使用条件,国内外均选用H13作为芯棒材料。H13热作模具钢材以其高的淬透性、淬硬性、强韧性和热疲劳抗力在国内外得到广泛的应用。国内轧管厂以前使用的H13芯棒多为进口的，进口芯棒不但价格高,库存资金占用大,而且交货期长且不稳定,影响连轧机组的正常生产，现各公司轧管厂使用的芯棒基本实现了国产化。芯棒的一个重要指标是横向冲击性能要大于15J。国产芯棒的横向冲击值时常低于15J，而进口芯棒横向冲击值高于50J，进口芯棒是国产芯棒横向冲击值的2～4倍。为搞清楚国产芯棒横向冲击性能偏低原因，天津钢管集团股份有限公司的宁玫等人通过使用先进的电子显微学手段，能谱分析等技术，对进口和国产芯棒解剖进行对比分析，试图找出材料性能差异的结构性因素，为提高国产芯棒的冲击性能和使用寿命，进一步降低生产成本提供一定的技术支持。1、芯棒生产工艺和试验材料1.1 生产工艺进口H13芯棒生产工艺流程为：电炉冶炼（EAF）+炉外精炼(LF)+真空脱气(VD) → 模铸 → 保护气氛电渣重熔(PESR) → 高温均质化处理 → 多向锻造 → 退火处理 → 机加工 → 检验 → 调质处理 → 镀Cr处理。国产H13芯棒生产工艺流程为：碱性电炉冶炼 → 钢包炉外精炼 → 真空脱气 → 模铸八角锭 → 热送锻造 → 去应力退火 → 电渣重熔 → 退火 → 锻造成型 → 锻后球化退火 → 粗车 → 调质处理 → 镀Cr处理。球化退火后硬度要求HB≤255，调质处理后芯棒硬度要求310－360HB，各部位硬度差要求30HB。1.2 试验材料 进口和国产实心芯棒化学成分分析结果见表1。从分析结果可以看出：进口芯棒C含量偏上限，V含量偏下限，还加入了少量的Ti。国产芯棒C含量偏下限，V含量偏上限。 表1 化学分析结果 厂家进口国产C0.390.35Si0.750.95Mn0.360.34P0.0080.012S0.0010.001Ni0.180.05Cr4.895.13Mo1.21.31V0.741.04Cu0.070.28Al0.0150.023Ti0.015＜0.011.3 试验方法1.3.1金相和断口分析在进口和国产芯棒横截面边缘、1/2半径和心部部位分取试样,用德国蔡司A1M型金相显微镜进行金相分析；采用德国蔡司EVO 50XVP型扫描电镜及美国EDAX公司ALLPO 40型能谱仪对横向冲击断口进行观察分析。1.3.2力学性能试验硬度试验在芯棒横截面上边缘、1/2半径和心部部位各打两排6点洛氏硬度。横向冲击试样均在芯棒横截面1/2半径部位切取,试样尺寸均为10mm×10mm×55mm“V”型标准试样。2、试验结果2.1 进口和国产调质芯棒组织分析进口芯棒组织均匀、晶粒细小、无晶界网状二次碳化物、无块状共晶碳化物（见图3）。国产芯棒组织不均匀，横截面组织表现为呈网状分布的严重偏析，晶界存在明显的二次碳化物 ；纵截面呈现严重的带状偏析，带状组织为4级。偏析带中有较多的块状共晶碳化物和一些块状碳氮化物，晶界有呈网状分布的颗粒状二次碳化物(见图4-5)。图3 进口芯棒1/2半径部位组织（a 25X 、b 500X ）形貌图4 国产芯棒1/2半径部位横截面网状偏析组织（a 25×、 b 200×）形貌图5 国产芯棒横截面心部偏析带上块状共晶碳化物(a)、块状碳氮化物(b)和晶界二次碳化物(SEM)形貌(c)2.2 芯棒横截面硬度试验试验进口和国产芯棒横截面表面、1/2半径和心部部位的硬度试验结果见图6。从试验结果看出：进口芯棒硬度较高，平均37HRC；国产芯棒平均硬度为34HRC。其总体趋势是芯棒表面硬度高于心部硬度1～2HRC。图6 芯棒横截面硬度试验结果（HRC）2.3 横向冲击断口电镜分析电镜观察：进口芯棒1/2半径部位所取试样横向冲击断口脆断区约占40%，形貌为准解理；韧断区约占60%，形貌为韧窝，韧窝中夹杂物较少。国产芯棒1/2半径部位所取试样横向冲击断口脆断区约占90%，为沿晶和穿晶准解理混合形貌；韧断区约占10%，形貌为韧窝，韧窝中夹杂物较少。在断口多处部位存在尺寸在5～20微米的块状共晶碳化物，经能谱分析块状共晶碳化物的化学组成是(VMoCr)C；在断口中还观察到一些块状相，能谱分析块状相为(TiVCr)NC；在沿晶晶界上还观察到大量颗粒状二次碳化物，能谱分析晶界上颗粒状二次碳化物化学组成是(CrVMo)C，见图7。图7 进口（a、b、c）和国产（d、e、f、g、）芯棒横向冲击断口形貌 a）进口芯棒横向冲击断口低倍形貌，b）脆断区准解理形貌，c）韧断区韧窝形貌，d）国产芯棒横向冲击断口低倍形貌，e）块状共晶碳化物，f）块状碳氮化物，g）晶界颗粒状二次碳化物。3、分析讨论通过对国产芯棒显微组织观察和成分分析发现，芯棒存在液析共晶碳化物、枝晶偏析、带状偏析及存晶界的二次碳化物，是导致该国产芯棒横向冲击性能偏低的主要原因。3.1 液析共晶碳化物对国产芯棒冲击性能明显偏低的芯棒横向和纵向截面的金相和断口分析看出，芯棒从表面到心部,液析共晶碳化物的数量逐渐增多，成分偏析也越来越严重，且共晶碳化物大都集中在成分偏析严重的区域，表明共晶碳化物是在钢液凝固后期直接从钢液中析出的。H13钢的含碳量为0.4%左右，合金元素总量达8%，因此属于过共析钢。H13钢中的碳及合金元素易生偏析，在电渣重熔过程中，因选分结晶的原因，存在枝晶偏析，枝晶间最后凝固残液内，形成碳及合金的元素富集区，甚至达到共晶成分，凝固后期在非平衡结晶时会出现亚稳定共晶碳化物。据了解国内该厂电渣熔速较高、熔速过快，造成熔池过深，结晶前沿温度梯度减小，使局部凝固时间延长，形成碳化物偏析。分布于基体中的这种粗大碳化物，在锻造后破碎， 沿锻造方向呈小块碳化物形态或其自身裂开与基体界面脱离使芯棒脆性增加，会促使芯棒冲击韧性降低。3.2 枝晶偏析和带状组织该国产芯棒存在严重的枝晶偏析和带状组织，这主要是电渣重熔工艺控制不当造成的。在通常情况下，H13钢经过电渣重熔后，枝晶较细，枝晶偏析和夹杂物得到改善，材质均匀致密，有利于钢材力学性能的提高，特别是纵、横向以及中心和边缘的性能差异有明显的改善。但若电渣工艺控制不当，会出现严重的枝晶偏析现象。在电渣重熔过程中，如果电流电压过大，熔速过快，熔池较深，就会造成凝固速率减慢，枝晶发达，二次枝晶臂间距增大、偏析严重。对国产H13芯棒电渣重熔工艺了解发现，为了提高生产效率，将电渣熔速提高，导致该批H13钢偏析严重。由于电渣锭存在严重枝晶偏析，常规锻后的组织呈现明显带状分布，淬回火后未有明显变化，组织还呈带状分布。该国产芯棒的带状偏析较严重且和纵向一致，说明在锻造工序中没有反复镦拔达到充分的锻造，热处理后仍保留严重带状组织形态，这将严重影响芯棒的横向冲击性能。3.3 晶界二次碳化物国产芯棒晶界存在网状分布的二次碳化物。对于大规格芯棒,如果锻造温度偏高或停锻温度高，而随后冷却速度不够，往往会使碳化物沿晶呈链状析出。这种链状碳化物薄网的存在，削弱了金属间的结合力，造成裂纹优先在碳化物聚集的晶界处形成并沿晶扩展，使钢的力学性能降低，脆性增加。为了消除或改善这种链状碳化物的分布，除改善钢锭原始成分偏析，适当控制终锻温度及随后的冷却速度，以大于链状碳化物形成的临界冷却速度冷却，可有效抑制链状碳化物析出。3.4 淬火和回火组织为了提高芯棒的冲击韧性，淬火温度不能过高。淬火温度高于1060℃将使奥氏体晶粒粗大，残余奥氏体量增加会导致冲击韧性下降。淬火温度还应保证奥氏体中溶有足够的碳和合金元素以得到高的强度和硬度，1060℃ 淬火时含V碳化物已基本固溶。由H13的C曲线得知，其Ac3为910℃，奥氏体化温度为1030℃，所以H13的淬火温度选为1020－1040℃比较适宜。H13钢的回火工艺根据其工作条件确定回火温度和硬度，大多采用580～650℃×3h的高温回火，以提高其韧性和减少残余奥氏体在钢中发生转变而引起脆性。所以为了使残余奥氏体充分转变并改善新生马氏体或贝氏体的韧性，芯棒最少应回火两次。由于国产芯棒在最终调质处理前未进行高温扩散—高温固溶超细化处理，所以芯棒调质态组织分布不均匀、晶粒相对较大（晶粒度为7级）、基体存在共晶碳化物、成分偏析和二次碳化物在晶界聚集强烈影响芯棒的冲击性能。4、结论和建议（1）进口芯棒经过高温扩散处理和超细化处理，组织无块状和条状共晶碳化物，晶界无网状分布的二次碳化物，无成分偏析带状组织，基体组织均匀细小，晶粒度为9级。碳化物均匀细小分布在基体中，在后工序处理中细小弥散析出，提高了芯棒的塑性和韧性，所以芯棒的横向冲击性能较高。（2）国产H13芯棒由于未经过高温扩散-超细化处理，存在枝晶偏析、带状偏析和液析共晶碳化物，横向网状和纵向带状偏析严重，晶界存在二次碳化物，组织不均匀，导致内应力增加、横向冲击值较低。（3）国外采用先进的新技术、新工艺，采用炉外精炼、保护气氛电渣重熔、高温均质化处理、超细化处理、多向锻造等技术提高钢的纯净度，削减碳化物带状偏析，均匀及细化组织及碳化物，从而提高等向性能及热疲劳性能。建议国内该厂增加高温长时间扩散处理和高淬高回超细化处理工艺，深入研究生产优质芯棒的最终热处理工艺与组织性能间的相互关系，进一步改善芯棒横向冲击性能，使国产芯棒全面赶超国际先进水平。三、后 记以上两个例子，一是通过对钢材进行组织结构与状态进行调整，使得材料达到了韧性与强度都达到了较高的水平。第二个是通过系统的对比国产与进口H13芯棒材料的成分，硬度与横向冲击实验性能的基础上，对芯材的微观显微组织以及断口都进行了细致的观察，发现了明显的组织结构差异。反推到生产加工的步骤上来，优化生产加工方式方法，最终达到提高产品性能的目的。由此可见，先进的电子显微学手段是当今材料生产研发的重要科学方法，必须引起足够的重视。下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！