微观水滴

前期回顾上期里我们一起认识了一下量子阱，了解了量子阱的概念及基本构造，利用蔡司sigma 500场发射扫描电子显微镜对量子阱材料界面结构进行观察，得到较好的背散射图片，本期在七夕节来临前夕，我们将用这篇文章点醒那些不善于表达爱的男人，一起来关注一下最近深受女性朋友追捧的一类首饰——潘多拉，come on，跟着小编走，我们一起来探索潘多拉的秘密吧！序 言仿佛是一夜之间，中国顾客，尤其是年轻女性，开始追捧一个名为Pandora（潘多拉）的轻奢珠宝品牌。那一颗颗色彩缤纷、造型多样、材质各异、价位适中的串珠，无疑对每一个少女心未泯的女性来说，都有着强大的吸引力。也许你会说，我购买是受到了网络、旅行、朋友的影响，不可否认，如今对于许多中国消费者来说，Pandora是个火热的新品牌。但究竟令它火爆的秘密是什么呢？一、潘多拉的故事 每件宝物都会有个传奇的故事，潘多拉（Pandora）寓意“被赋予一切天赋的”。潘多拉是宙斯创造的第一个人类女人，传说普罗米修斯从天上盗火种送给人类，人类学会了使用火，宙斯十分恼火，为了抵消火给人类带来的巨大好处，宙斯决定要让灾难也降临人间。命令火神赫菲斯托斯（Hephaestus）创造了一个美丽的女子潘朵拉 (Pandora) ，并让诸神慷慨解囊以使潘朵拉可以轻易诱惑到凡人。智慧女神雅典娜 (Athena) 给了潘朵拉华美的服饰，爱神爱芙罗黛蒂 (Aphrodite) 赋予潘朵拉美貌，魅力女神们把赫菲斯托斯创造的一条项链送给了潘朵拉。宙斯给了潘朵拉一个盒子，可是不准她打开，然后把她送到了人间，潘朵拉有着强烈的好奇心，她最终没能经受住诱惑，打开了盒子。当她往盒子里张望的时候，所有后来让人类痛苦的疾病、恶魔等都从盒子里逃出来了，幸好，最后盒子里还有1个美好的精灵，代表着希望和机遇。于是，潘朵拉珠宝 (Pandora) 应运而生，她代表着幸运和希望。二、潘多拉的款式切面湖红色琉璃串珠猫眼紫色切面锆石串珠时尚湖蓝色水滴面串珠繁星闪耀固定扣串珠潘多拉（Pandora），由金匠珀因法德森(Per Enevoldsen)和他的妻子温妮(Winnie)于1982年在丹麦哥本哈根创立。潘朵拉 (Pandora) 的理念是创造出做工精美、妩媚动人、充满当代气息的组合式珠宝，帮助女性实现一种于人群之中仍能凸现个性、卓然出众的出色效果，让她们通过“设计”自己的珠宝，表达自己的个性。三、扫描电镜下的潘多拉扫描电镜下，我们的潘多拉就没有肉眼看到的那么绚丽多彩了，不过我们也看到简单的心形、绚丽的宝石、首字母缩写、五角星的放大图像，每种标志总能获得个性鲜明的搭配效果，述说自我的个性故事。其中我们看到几个缩写，S925我们都知道是纯度银92.5% ，而ALE是什么呢，ALE是Algot Enevoldsen的缩写，Algot Enevoldsen是PANDORA创始人Per Enevoldsen父亲的名字。为了验证潘多拉串珠的参数信息是否正确，我们利用蔡司Gemini 300场发射扫描电子显微镜对切面湖红色琉璃串珠表面材料做了能谱分析，结果如下，位置1处主要成分是银，银的含量是92.02%(wt%)，在误差范围内，说明达到S925的标准，还有硫、碳等元素，说明发生了氧化，位置2处是琉璃部分，经检测，主要成分是SiO2。后 记现在大家对潘多拉的微观世界有了一定的认识吧，是不是很炫酷，有没有发现原来扫描电子显微镜离我们的日常生活是如此之近，扫描电镜不止枯燥的科研，还有美和远方，想不想跟着小编继续去探索，那就继续锁定蔡司扫描电镜吧！下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

前 言在盛夏时节安静的池塘边，正是观赏荷花的好时候。在红花绿叶的点缀下，夏日仿佛多了一丝清凉舒缓。每当提到荷花（莲花），总能想起周敦颐在《爱莲说》中 “予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖”的诗句。荷花历来被佛教尊为神圣净洁之花，并且极力宣传并倡导学习荷花这种清白、圣洁的精神。另外，李白的诗句“清水出芙蓉，天然去雕饰”，也表明荷花具有天然之美。荷花即青莲，青莲与“清廉”谐音，因此荷花也被用以比喻为官清正，不与人同流合污，这主要是指在仕途中。比如，有一幅由青莲和白鹭组成的名为“一路清廉”的图画，就被很多文人置于自己的书房中。可是，莲为什么可以出淤泥而不染呢？这就要讲到莲花的“自清洁”和“不沾湿”特性了。荷叶效应如果留心观察莲花的叶子，你就会发现荷叶上总是干干净净的，好似不留一点灰尘。这是因为荷叶表面的特殊结构有自我清洁的功能，即荷叶的“自清洁”特性。此外，我们经常会看到这样的场景：当水滴在荷叶上时，水并没有完全铺展开，而是以水珠的形式停留在荷叶上，而且只要叶面稍微倾斜，水珠就会滚离叶面。这就是荷叶的“不沾湿”特性。荷叶的“自清洁”和“不沾湿”特性被统称为“荷叶效应”。这一概念最早是由德国波恩大学的植物学家巴特洛特提出的。图1荷叶效应超疏水特性其实，荷叶的“不沾湿”特性也被称为“超疏水”特性。那么，如何界定“超疏水”这一概念呢？在明确“超疏水”这一概念前，我们要先了解表面化学中的一个概念——接触角。如下图所示，接触角指的是“液－固”界面的水平线与“气－液”界面切线之间通过液体内部的夹角θ。有了这一概念，我们可以很方便地表示液体对固体的润湿情况。当夹角θ小于90°时，我们称该液体可以湿润固体。当θ大于90°时，该液体不能湿润固体。当θ大于150°时，该固体表面具有超疏水特性。通俗地讲，我们可以认为这种固体表面有很强的排斥水的能力。图2 浸润与不浸润的特征在自然界中，奇异的性质往往是其独特的结构决定的。那么，你肯定会问：“荷叶的特性是否与它的结构有关呢？”答案是肯定的。扫描电子显微镜的发展给我们的科学研究带来了更多的可能，也使得我们能够观察到荷叶的微观结构。通过电子显微镜的成像结果，我们可以清晰地看到荷叶表面有许多突起的“小山包”（这类结构被称为“乳突”如图3(a)）。这些乳突的尺寸通常在6微米左右，这些乳突的平均间距在12微米左右。而这些乳突是由许多直径在100纳米左右的纳米蜡质晶体组成。由此可见，荷叶表面存在复杂的“微米-纳米”双重结构，正是这些结构使得荷叶产生了“超疏水”和“自清洁”的双重特性。图3 荷花叶片的sem图像 (a)低倍图像(b) “乳突”高倍图像(c)叶片底部高倍图像（d）“乳突”尺寸对应的接触角曲线分布由荷叶到仿生技术自然界的生物都经历了漫长的演化过程，在物竞天择下，生物自身的结构和功能都经过了长期的筛选、发展和优化，具有极高的效能。荷叶的“自清洁”性能，并不是简单的美观功效，清洁程度直接影响叶片的光合作用效率。那么不仅仅是荷叶，在自然界中具有自清洁功能的生物还有很多种，比如蝴蝶的翅膀具有的超疏水结构，保证蝴蝶翅膀不会粘连露水影响飞行。水黾的脚具有绒毛结构，确保了水黾在水面上能以每秒钟滑行100倍于自身长度的距离，这都由于水黾腿部上有数千根按同一方向排列的多层微米尺寸的刚毛。而这些像针一样的微米刚毛的直径不足3微米，表面上形成螺旋状纳米结构的构槽，吸附在构槽中的气泡形成气垫，从而让水黾能够在水面上自由地穿梭滑行，却不会将腿弄湿。还有蚊子的复眼，它是由许多尺寸均一的微米半球组成，其表面还覆盖有无数精细的纳米乳突结构，这种纳米乳突结构的尖端与雾滴接触的面积无限小，具有理想的超疏水特性，从而确保了蚊子的复眼具有理想的超疏水防雾性能。图4 蝴蝶翅膀，水黾足，蚊子复眼的超疏水结构对自然界演化生成的超疏水结构，科学家们也做了进一步的研究，其超疏水表面的制备方法有多种：溶胶-凝胶法、相分离法、模板法、蚀刻法、化学气相沉积法、自组装法等等，下图为具有独特形状的表面微米阵列（如图5）纳米阵列（如图6），使得它们具有很好的疏水特性。图5不同形态的人工合成的超疏水结构图6 超疏水结构碳纳米管阵列经过先进结构材料的表面改性，我们常见的水也可以变得很有趣，比如我们可以用手切割水珠（图7），利用涂有超疏水材料的刀片对水滴进行切割（图8）。日常生活上，通过先进疏水材料的应用我们可以使得衣物不再被水或者油污污染，减少洗涤衣物的麻烦。在军事上，由于疏水材料的使用使得水的阻力明显下降，有效地提升了舰载的行驶速度。 图7超疏水表面上流动的水珠 图8超疏水表面涂层的刀片切割水滴结束语从荷叶效应到超疏水结构材料的合成制备，实际上是一个仿生学研究的过程。它将生物的结构、功能和行为应用于现代工程系统和技术设计中，解决人类所遇到的科学技术问题。仿生不是对自然模型的简单复制，而是对大自然中生物的理解、升华和具有创新价值的“重塑”。在这“重塑”的过程中，电子显微科学技术对其发展与促进作用是十分巨大的。

序 言纤云弄巧，飞星传恨，银汉迢迢暗度。金风玉露一相逢，便胜却人间无数。柔情似水，佳期如梦，忍顾鹊桥归路？两情若是久长时，又岂在朝朝暮暮。这首诗词相信大家耳熟能详，写的是牛郎织女的故事，千百年来，这凄婉的词句与天河中的牵牛织女双星一起在人们的心头闪耀。直到今日，七夕仍是一个富有浪漫色彩的传统节日，七夕，俗谓“中国情人节”，在这一天，情人会相聚在一起，尤其是身在异地的恋人，悄悄诉说着相思之情。那么每到七夕情人节，就是到了用花的语言来传情达意的时候了，自古就有鲜花配美人，还有一句就是送人鲜花手留余香，每种鲜花都有着不同的含义，今天小编就带大家走进花的世界，用扫描电镜带你去认识花的微观世界。鸟语花香自然景，琴棋书画别有情。一花一世界，一叶一菩提。一、玫 瑰 芳菲移自越王台，最似蔷薇好并栽。秾艳尽怜胜彩绘，嘉名谁赠作玫瑰。 春藏锦绣风吹拆，天染琼瑶日照开。 为报朱衣早邀客，莫教零落委苍苔。 玫瑰花是蔷薇科蔷薇属植物，玫瑰代表爱情，不同颜色的玫瑰还另有寓意，红玫瑰代表热情真爱，白玫瑰代表纯洁天真，粉玫瑰代表什么呢，粉玫瑰代表的爱，不像红玫瑰那么张扬，也没有白玫瑰那么纯真得不食人间烟火，粉玫瑰代表着感动、爱的宣言、铭记于心。电镜下的玫瑰花花粉二、百 合百合——圣洁的爱神“他的恋人像山谷中的百合花，洁白无瑕。” ——《圣经﹒雅歌》百合怎么来的呢？其中有个故事，传说撒旦变成毒蛇，诱惑亚当和夏娃吃下禁果，犯下了人类的原罪。亚当和夏娃因此被逐出伊甸园，他们因悔恨而哭泣，悲伤的泪水滴落在地面上，化成洁白的百合。世间万物不可能是全是蜜，正因如此完美无瑕的百合花，却是从无比的凄美中孕育而生的。百合，是一种从古到今都受人喜爱的世界名花，昔日中华人民共和国国家名誉主席宋庆龄平生对百合花就深为赏识，每逢春夏，她的居室都经常插上几枝。电镜下的百合花花粉三、龙 胆龙胆——不变的爱只给你我是鹊桥旁那颗美丽的流星，只为有你一次真爱的回应，我痴痴地等待着你̷̷久久不愿离去̷̷龙胆又叫洋桔梗，龙胆科多年生植物，由于洋桔梗的花形别致，花色清新妩媚，颇具现代感，能配合逐渐洋化的起居环境而大受人民喜爱。洋桔梗特别适合送恋人，正如花语“真诚不变的爱”，送腻了玫瑰，不如来一束清新的洋桔梗。另外洋桔梗是巨蟹座的守护花，正适合送给蟹蟹哦！电镜下的龙胆花粉四、相思梅相思梅——堪比红豆，最为相思燕山深处暗寻芳，因有相思几断肠。闻说梅城花正好，此情随雪到潇湘。相思梅，石竹科石竹属，有紫色、红色、白色、粉色，以配色的形式出现。相思梅有个美丽的传说，一位慈爱母亲，为患病的儿子上山采药，路途艰险，却不放弃，最后感动了花仙子，花仙子赐予相思梅，治好了她儿子的病。相思梅花色单纯，像是生生世世都斩不断的情缘，再也没有一种花，能够将相思赤裸裸表达，以至于直接用相思二字来作为名字。记住了吗，相思梅可以表达相思之情哦，情人节到了，也许，你可以送她一株相思梅！等等，这样不够，把这篇文章转给她看才明白呀！电镜下的相思梅花粉后 记陪伴是最长情的等待相守是最浪漫的告白欧波同陪你度过每一个有爱的日子感受人世间每个精彩的瞬间送人鲜花，手有余香，不要吝啬分享哦！继续关注蔡司电镜，下期继续精彩！

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

水滴角测试是一种常用于表面性质评估的方法，用于确定液体滴在固体表面上形成的接触角度。这个角度可以提供有关表面润湿性和亲水性/疏水性的信息。以下是水滴角测试的一般方法和常见的判定标准：方法：准备工作：清洁和干燥测试表面，以确保没有杂质和污垢影响测试结果。将待测试液体滴在表面上：使用滴管或针管将液滴小心地滴在固体表面上。观察和测量：用显微镜或相机记录液滴在表面上的形态，并测量液滴与表面接触线之间的角度。判定标准： 根据液滴在表面上的形态和接触角度，可以将表面分为三类：亲水性、疏水性和中性。亲水性表面：液滴在表面上展开，形成较小的接触角（通常小于90度）。液滴容易在表面上弥漫和扩散。表面被液滴湿润，液滴保持较平坦的形状。疏水性表面：液滴在表面上形成较大的接触角（通常大于90度）。液滴难以在表面上弥漫和扩散。表面对液滴呈现不易附着的性质，液滴形成较高的凸起。超疏水接触角：超疏水接触角是指接触角大于150度的情况，即液滴与固体表面之间的相互作用极其微弱。超疏水表面具有更强的抗粘附性，液滴在表面上几乎不会停留，可以在一定程度上实现自清洁效果。这种特性在微纳米技术、光学涂层、防污染材料等领域有重要应用。总之，疏水接触角和超疏水接触角是指液滴在固体表面上无法展开并呈现球形的情况，其在防水、自洁和抗粘附等方面具有广泛应用价值。中性表面：液滴在表面上形成接触角度接近90度。表面对液滴的湿润程度适中。需要注意的是，水滴角测试的结果可能受到多种因素的影响，包括表面粗糙度、化学成分、温度等。因此，在进行水滴角测试时，需要进行多次测试以确保结果的准确性，并参考相关文献或标准来进行判定。

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。

——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。

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。

——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。

——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。

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。

前期回顾在上期里，小编带大家见识了一下弹壳的神奇，借助Gemini300场发射扫描电子显微镜对弹壳表面材料进行了细微结构的表征和成分分析，以及对收口处裂纹的研究，顿时觉得自己也高大上起来，有木有，这期呢，小编带领大家进军光电材料，再小小透露一点，量子阱材料，一起来见证一下扫描电子显微镜技术在量子阱研究中的厉害吧！概 述那么量子阱是什么呢，小编就小小解释一下，量子阱就是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限域效应的电子或空穴的势阱。量子阱器件，即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件。一、量子阱的构造 如下图，量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端，而中间有一个薄层，这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成。在未加偏压时，各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱，故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区（发射极）进入右边的N型区（集电极），中间必须通过AlGaAs层进入量子阱，然后再穿透另一层AlGaAs。量子阱器件虽然是新近研制成功的器件，但已在很多领域获得了应用，如量子阱红外探测器、GaA s、InP基超晶格、量子阱材料、量子光通讯和量子结构LED等，而且随着制作水平的提高，它将获得更加广泛的应用。量子阱的基本结构二、量子阱的微观世界量子阱材料一般使用分子束外延(molecular beam epitaxy ,简称 MBE)或金属有机氧化物化学气相沉积法(MOCVD)技术制备，对于量子阱材料界面结构的观察，晶体生长过程中出现的诸如层错，位错等缺陷的形成、特性及其分布等，我们一般利用高分辨透射扫描电镜(TEM)来观察，从而确定材料微观结构参数与器件宏观性能参数间的关系。众所周知，透射样品制备要求严格，制样困难，首先要将样品膜面利用进行对粘，再继续线切割为3mm×1mm；其次采用砂纸将样品打磨抛光使其厚度为60μm 左右，再抛光至 20μm；最后使用离子减薄仪将样品轰击为10nm以下。这个过程技术要求高，每一步都需要经验，不是一般人都可以做的，而且成本较高；而扫描电镜相比较而言，样品制备简单，导电样品直接用导电胶固定在样品台上，放入腔室内进行观察，对于不导电样品，我们也有自己的解决方案，一配备离子溅射仪，即喷金，二采用低电压模式，低电压成像是现代场发射扫描电镜的技术发展趋势，低电压成像可以呈现样品极表面细节、可以减少不导电样品的荷电（放电）现象、可以减少电子束对样品的损伤。对于薄膜材料更是如此，下面就是我们来看看采用蔡司sigma 500所测的量子阱材料，我们得到了10万和15万倍下的量子阱的背散射图片，可以看出样品界面出现了亮暗程度不同的衬度带，各层分界清楚，界面平整，层分布精度高，周期性好，厚度为 68.11nm，阱和势垒交替出现，从而确定周期厚度。后 记随着分子束外延和金属有机化学汽相淀积技术的迅速发展，人们已能够生长出原子尺度的、界面平滑的优质超薄层半导体材料，可以在生长方向上精确地控制薄层的组分和厚度，从而实现超晶格量子阱结构，所以晶格量子阱结构材料及应用的研究已迅速发展成当今半导体物理和固体物理学中最重要的前沿课题之一，而扫描电子显微镜一定可以大展身手，那就跟紧小编的步伐，我们一起跟随蔡司扫描电镜去见证光电材料史的辉煌吧！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！

——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。

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/

Micro-eye第5期 时尚～服装篇～01市场上有不同面料的衣服，消费者的选择也越来越多。使用电子显微镜观察这些面料有惊人的发现。那么，一起来看看吧！纤维我们观察了30%羊毛+70%聚酯纤维的面料。根据以下的500倍纤维SEM图像，羊毛的角质层结构类似于头发，聚酯纤维是扁平纤维。众所周知，羊毛具有良好的保暖性，是秋冬季节必不可少的保暖物品。但是日常生活中同样面临着羊毛衣物水洗后容易缩水的苦恼，这是由于羊毛角质层结构吸水膨胀张开，加剧羊毛鳞片层的缠绕。而聚酯纤维相对结实、抗皱，吸收水分少，不受蛀虫、霉菌等作用。因此，通过这两种纤维混纺，衣服既保暖又方便清洗。 纤维的SEM图像放大倍率：500倍荷叶表面 ＜防水结构＞表面有小凸起荷叶表面防水结构SEM图像放大倍率：1,000倍凸起的放大图荷叶表面防水结构SEM图像放大倍率：13,000倍大家可能觉得荷叶表面与服装没有关系，但是像雨伞、运动服等防水衣物，其实是模拟荷叶结构制成的。在荷叶上，水被排斥，水滴滚来滚去。这种形成水滴，并能让水滴反弹的特性，叫做“防水性”。荷叶之所以能够“防水”，主要是其表面覆盖了一层蜡状物质，并有细小的凸起。这使得水滴难以接触到叶片本身，并且还能有效被反弹。这种功能在科学上很难实现，近年来随着纺织技术的发展，市场上推出了不但防水，还兼具透湿性和透气性的商品。了解不同面料的特点，还可以帮助我们选择更符合需求的衣服。好啦，今后让我们继续一起发掘那些肉眼看不到的奥妙吧!公司介绍：日立科学仪器（北京）有限公司是世界500强日立集团旗下日立高新技术有限公司在北京设立的全资子公司。本公司秉承日立集团的使命、价值观和愿景，始终追寻“简化客户的高科技工艺”的企业理念,通过与客户的协同创新，积极为教育、科研、工业等领域的客户需求提供专业和优质的解决方案。 我们的主要产品包括：各类电子显微镜、原子力显微镜等表面科学仪器和前处理设备，以及各类色谱、光谱、电化学等分析仪器。为了更好地服务于中国广大的日立客户，公司目前在北京、上海、广州、西安、成都、武汉、沈阳等十几个主要城市设立有分公司、办事处或联络处等分支机构，直接为客户提供快速便捷的、专业优质的各类相关技术咨询、应用支持和售后技术服务，从而协助我们的客户实现其目标，共创美好未来。

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。

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！

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！

——锂离子电池负极材料的改性 序 言通常商用的锂离子电池都选用碳来做负极材料。但是碳材料作为锂离子电池负极材料，脱锂嵌锂电位比较低，容易引起金属锂的析出，且碳材料热稳定性较差，很容易发生安全事故,大大降低了锂离子电池的安全性能。氧化钛由于其良好的循环稳定性及较安全的充放电电压（1.5V），丰富的储量以及无毒、对环境无污染等特性，是一种最有潜力替代碳材料的负极电池活性材料。 金红石型氧化钛脱锂嵌锂模型图 如上图，在很多金红石氧化钛脱锂嵌锂机理的研究中都提到了锂离子在金红石晶体内的扩散只有沿着[001]方向（上图蓝色区域）才能进行。而锂离子在（110）晶面上（上图红色区域）只是以界面吸附的情况进行储锂的，这种在（110）晶面上的储锂只在表面浅层的钛氧八面体上发生，而晶体体相内部是不具备嵌锂脱锂活性的，这也意味着微米级的金红石型氧化钛在作为锂离子电池负极材料时具有很低的电池比容量，如何通过暴露更多的（001）面来提高金红石的比容量是研发氧化钛基负极电极材料首先要解决的问题。 1. 金红石型纳米材料的生长机理 金红石纳米颗粒生长机理图如上图所示，由于金红石型晶体{110}晶面的表面能远远低于{001}晶面的表面能，因此金红石纳米晶体在沿不同晶向上的生长速度大不相同，且生长过程中为了保持晶体结构的稳定，会选择性的暴露更多的表面能更低的{110}系晶面。根据这个原理只要我们在【Step1】步骤中加入合适的晶面生长抑制剂，降低晶体沿{001}晶面方向的生长速度，则可以暴露出更多的金红石{001}晶面，同时也增加了纳米晶体的孔隙率，为锂离子电池的脱离嵌锂提供更多的活性位点。2. 不同生长速度的纳米晶体的微观结构表征不同晶向上晶体生长速度快但不均匀（a）、速度慢（b）、快且均匀（c）的形貌及比表面积图 由上图【C】可以看到，当选择合适的工艺及条件时，可以合成出暴露{001}晶面族更多的纳米颗粒，且相对于另外两种颗粒来说，它有更高的比表面积。 3. 锂电性能测试评价 不同晶向上晶体生长速度快但不均匀（a）、速度慢（b）、快且均匀（c）的电池性能测试 如上图所示，同样一种材料通过形貌调控后，锂电池的比容量由90-100mAh/g升高到了220mAh/g，比容量提升了一倍还多。由此可见通过不同的材料合成工艺可以合成出性能千差万别的材料出来。 后记 随着纳米技术越来越贴近人们的日常生活，显微形貌分析不再仅仅局限于对微观材料形貌的观察与模仿，在对材料的改性及生产过程管控中也起到了越来越重要的作用。为新材料、新产品的研发提供了强有力的技术支持。

“成长是一列永没有回程的火车将你和父母的距离越拉越远” “大多数时候你说有空我就回家都不过是句空话” “你好吗？刚学会发w微信发给你试看 我是妈妈”“你眼中 家 是一个地方妈妈眼中家是有你在的一段时光” “妈妈不记得母亲节你回家的日子就是过节”“妈，今天你过节，送您一束康乃馨” 以上的文字是否有些扎心，一束康乃馨包含了对母亲无尽的爱，在这个特殊的日子里，欧波同带您一起走进康乃馨的微观世界̷̷序 言十月胎恩重，三生报答轻。五月，空气中到处都弥漫着康乃馨的花香。康乃馨花径笔直，花朵绚丽，花香清幽。每年五月的第二个星期日是一个极有人情味的节日——母亲节，这天，康乃馨是赠送母亲不可缺少的礼品。将康乃馨与母亲节联系在一起是源于1934年5月美国首次发行母亲节纪念邮票。邮票上描绘的是一位母亲安静的坐着，并将双手放在膝盖上，注视着前面花瓶中一束鲜艳美丽的康乃馨（图一）。后来随着邮票的传播，很多国家便把康乃馨与母亲节联系起来，康乃馨便成了象征母爱之花，格外受到人们的敬重。各个国家也发行了很多种母亲节邮票，来表达对母亲节的重视，中国建设银行也曾在2013年发行一组康乃馨的花卉邮票（图二），将这份对母亲的感激与思念，寄托于康乃馨上。图一、母亲节邮票图二、中国建设银行康乃馨邮票我们都知道康乃馨是送给母亲的花朵，她的每一片花瓣都盛满感激,让人倍感温馨。那么你了解康乃馨的花瓣在扫描电镜下的微观结构吗？今天小编就借助蔡司evo ma系列扫描电镜，简单为大家介绍一下康乃馨花瓣微观世界的精彩。一、康乃馨样品的选择小编在花店购置红色康乃馨鲜花一支，基于干花瓣保存时间长的原因，我们将其花瓣及柱头取下，放在滤纸上，在室温条件下自然晾干48小时，然后利用导电胶将康乃馨花瓣及柱头粘在样品桩上（图三）。图三、康乃馨样品准备及粘贴二、扫描电镜下的康乃馨花瓣我们来看看用蔡司evo ma系列扫描电镜拍摄到的康乃馨花瓣的微观图像，实验中观察了花瓣的正面（图四）和背面（图五），并分别拍摄了花瓣边缘、花瓣中心部位以及花瓣根部的微观图像。通过观察发现，宏观上康乃馨花瓣边缘是齿状，不规则，将其放大500倍后，花瓣上有很多阵列状颗粒凸起结构，这样的表皮结构可以很好的保护花瓣并且增强光合作用，利于花朵生长。由于是干花瓣，有些凸起颗粒虽然已经塌陷，但是结构依然非常明显。我们将花瓣边缘的正反面进行对比发现，正面花瓣边缘颗粒凸起结构的间隙要比反面凸起结构的间隙略大，这是因为花瓣上表皮负责感知和接收阳光照射，加上蒸腾和呼吸作用等原因，促使花瓣正反面的凸起间隙不同。这种结构也是导致花瓣正反面颜色略有不同的原因。花瓣中心部位也是阵列状颗粒凸起，但是颗粒尺寸要比边缘的颗粒尺寸大一些。花瓣的根部正反面都是纤维状，这是给花瓣输送养分的“血管”，“血管”彼此相通，关系十分密切。也许正是这样的阵列凸起结构和纤维的“血管”根部，也形象的表示了将康乃馨赠与母亲，象征着母子关系密切，体现着人伦至爱，亲慈子孝的美德。图四、正面花瓣边缘，花瓣中心,以及花瓣根部图五、背面花瓣边缘，花瓣中心以及花瓣根部三、扫描电镜下的康乃馨柱头一般说植物的花蕊分为雌蕊和雄蕊两部分，雌蕊可以分为下部能育的子房和上部不育的花柱，花柱上部再发育形成柱头，在花朵受精过程中，花粉先落到柱头上，长出花粉管，花粉管通过花柱进入子房，最终完成雌雄配子的融合，可见花柱在花朵的受精过程中有很重要的作用。图六的b”中，清晰的看到花柱上分化出很多绒毛状的柱头分支，结构紧密，就像一位母亲怀抱着孩子一样，这些柱头分支仿佛正对着花柱说“妈妈，我爱您！谢谢您赋予了我生命，并含辛茹苦把我养大!” 图六、康乃馨柱头的微观结构后 记尽管母亲节的由来在网络上只要一键搜索就会找到许多条信息，但是小编在这里还是想普及一下：母亲节最早是在美国兴起，由一位名叫贾维斯的母亲倡导，后来由她的女儿安娜贾维斯发起创立，并在1914年正式定为美国法定的全国性节日，大家为了纪念贾维斯这位母亲，就将她的忌日，即每年5月的第二个星期天，定为母亲节。美国创立母亲节后，得到了全世界各国人民的支持。时至今日，纪念这个节日的国家就更多了，母亲节，已经成了一个名副其实的国际性节日。值此母亲节即将到来之际，欧波同祝天下所有母亲永远健康长寿，永远开心漂亮！ 下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

夺命百草枯——好用的除草剂，危险的杀人药百草枯、敌草快等紫菁类农药由于其毒性高、无解药、难以降解（在水中半衰期23周，在土壤中半衰期6年）的特性，涉及到的自杀、误食、投毒事件数不胜数，近年来在媒体和社交网络上臭名昭著。从中毒机制来看，紫菁在人体内通过一系列电子传递反应生成大量具有高度氧化能力的活性氧物种，通过对人体脏器的快速氧化，导致服毒者在极大的痛苦中缓慢死亡。受害者遭遇惨痛，几乎无一幸免。有媒体将其形容为“给你后悔的时间，不给你活命的机会”（图1）。针对百草枯的极大危害，我国农业农村部已经停止了百草枯水剂在国内的销售和使用。然而，由于百草枯的除草效果极佳，很多不法商家将其经常冠以不同的商品名偷偷售卖，引发的案件造成了恶劣的社会影响。图1：左）曾经市面上常见的几种百草枯商品；右）2021年12月29日，央视网通报的又一起百草枯投毒案。鉴于此，近日，南开大学张新星研究员团队另辟蹊径，通过把紫菁化合物的水溶液喷雾成微米级大小的小水滴，并结合原位质谱检测手段，对紫菁降解产物进行了研究。实验中发现，在微液滴反应体系中，只需要几十微秒，就实现了紫菁降解的超快动力学，相关论文近期以“Spontaneous Reduction-Induced Degradation of Viologen Com-pounds in Water Microdroplets and its Inhibition by Host-Guest Complexation”为题发表在美国化学会会志JACS上。（论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c12028）神奇的小水滴化学近几年来，以斯坦福大学的Richard Zare院士、普渡大学的Graham Cooks院士为代表的科学家，发现很多原本在液相中难以进行的化学反应，在通过载气喷雾或者超声雾化产生的微米级小液滴中（如图2中我们日常所用的加湿器产生的水雾）可以自发发生，甚至可以被加速到原本的一百万倍。而且液滴的尺寸越小，这些现象越明显。图2：家庭中常见的加湿器，产生的微液滴中可以是微小的反应容器。Zare认为，微液滴的表面自然带有高达109 V/m的电场（相比之下，在空气中生成闪电的击穿电压仅有106 V/m）。微液滴表面的电场是如此庞大，甚至可以撕裂水中的氢氧根（OH-），生成一个自由电子和一个羟基自由基（OH）。自由电子具有极高的还原性，而OH具有极高的氧化性，这看似完全矛盾的两个性质居然同时存在，使得微液滴成为了神奇的矛盾统一体（unity of opposites）。加州大学伯克利分校的Teresa Head-Gordon教授在近期发表的论文中，也从理论上为微液滴表面极高电场的存在提供了新的证据。张新星指出，本实验中紫菁化合物在微液滴中的自发降解现象，是通过微液滴表面自发生成的电子还原了正二价的紫菁化合物，生成了相对不稳定的紫菁正离子自由基，并以此为基础，通过Beta消除反应和霍夫曼消除反应进一步分解。而质谱为上述反应机理涉及的自由基和中间产物提供了有力的证据（图3）。图3：a) 微液滴喷雾装置的示意图；b) 乙基百草枯的降解产物的质谱解析图。把一滴水做到极致——小水滴化学的研究未来在记者的采访中，张新星表示，相比这项工作的应用价值——开发了一种新的十分简便的降解百草枯的方法，他更在意这项工作背后的科学意义。水对于很多化学体系来说都是极其稳定的、无污染的绿色溶剂，为什么体相的水被打散成小水滴之后就能促成原本无法发生的化学反应的进行？是由于微液滴表面的极高电场吗？那么微液滴表面自发生成的极高电场的物理来源是什么，是正负离子在微液滴表面自发生成的双电层吗？如果这是真的，这些离子都倾向于扩散到微液滴的表面的物理驱动是什么？微液滴表面极高电场解离氢氧根产生的电子是以自由电子还是以水合电子的形式存在？微液滴表面解离氢氧根同时产生了电子和羟基自由基，前者具有极高的还原性，而后者具有极高的氧化性，这对矛盾是如何共存的？几乎所有大气化学的模型研究都是在水的体相中进行的，而云彩和雾都是微液滴，那么此前所有体相中的大气化学研究是否需要重新审视？张新星表示，上述的问题，有的已经部分有了答案，有的还在探索之中。无论如何，这些问题的解答都必将推动分析化学和物理化学认知的进步。通讯作者简介张新星，复旦大学学士、美国约翰霍普金斯大学PhD，美国加州理工学院博士后，南开大学化学学院研究员，研究方向为分析化学、物理化学、科学仪器的智能制造等多学科综合交叉的科学技术问题，迄今已发表SCI论文75篇，含第一或通讯作者论文56篇。2017年入选国家第14批海外高层次人才引进计划，2021年入选了天津市杰出青年基金。2018年回国独立工作以来，以南开大学为通讯单位发表了论文32篇，其中包括PNAS 1篇，JACS 3篇，Angew. Chem. 7篇，Nat. Commun. 1篇，JPCL 2篇。在科研上，开发了多项国际上独特独有的新型（智能）装置用于多学科交叉的化学体系研究，并由此获得了2020年中国化学会第二届菁青化学新锐奖（本届全国共5名），2021年美国质谱学会ASMS新兴科学家称号（本届全球共11名，2015年该称号设立以来唯一中国大陆获得者），2021年中国物理学会质谱青年奖（全国唯一获奖人），以及2021年天津市科协优秀青年科技工作者等称号。原文信息：Spontaneous Reduction-Induced Degradation of Viologen Com-pounds in Water Microdroplets and its Inhibition by Host-Guest Complexation. 作者：宫矗、李丹阳、李熙来、张冬梅、邢栋、赵玲玲、苑旭、张新星* JACS

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

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！

水滴角测量仪在涂料、制药、化学工业等领域中，深入了解粉末的润湿性对于粉末的加工、成型和应用具有重要的指导作用。粉末的润湿性能对工业生产的影响？在粉末涂料的制备过程中，粉末颗粒需要均匀地分散在液体中，粉末润湿性好可以使液体更好地浸润，有助于液体在粉体中的渗透和扩散，提高涂层的附着力和稳定性。在制药工业中，部分药物以粉末状存在，粉末的润湿性直接影响药物的溶解性，关系到药物的疗效。在化学工业中，一些化学反应需要在粉末与液体之间进行，如果粉末的润湿性差，会导致化学反应不均匀或不能进行，影响产物的质量和产量。如何评估粉末的润湿性？&bull 座滴法座滴法是接触角测量中最常见的方法，用于静态接触角测量。在测量粉末接触角时，需要将粉末压片进行测量，再通过软件拟合图像得到其接触角数值。&bull Washburn测量方法Washburn测量法是利用液体在粉末材料中的毛细虹吸效应进行测量的一种方法。将样品管悬挂在力学传感器上，将粉末样品置于管内，样品管下端浸入液体中，液体会在粉末的张力下上升，通过实时记录粉末样品的重量和对应时间，再运用Washburn方程进行计算，得出其接触角。由于液体需要浸润粉末并上升到容器中，因此Washburn测量方法不适用于疏水性粉末，对于疏水性的粉末来说，通过座滴法测量其接触角是更便捷的一种方法。因此，在粉末接触角测量应用中，使用座滴法测量更为全面和方便。晟鼎精密粉末行业应用设备在粉末领域，接触角测量仪可以用于测量粉末材料表面亲疏水性能，评估表面润湿性，极性和非极性的分布。SDC-200S 科研接触角测量仪功能齐全、拓展性能高，具有全面、完整、精准拟合测量法，可测量材料表面静/动态接触角、表界面张力，可用于粉末材料表面性能测量。产品优势✅ 全面、完善、精准的拟合方法✅ 变焦变倍镜头，成像清晰✅ 20余种拓展功能✅ 自动注液系统

概 述硒化锡是一种非常稳定和简单的化合物，并且地球表面有丰富的Sn和Se元素。硒化锡作为一个大家比较熟悉的半导体，主要研究方向是在太阳能电池以及箱变记忆合金材料方面。现今作为热电能源材料硒化锡应用方面有重大突破性研究成果。然而硒化锡可形成多种化学计量的硒锡化合物，如SnSe，SnSe2和SnSe3，其中SnSe和SnSe2有广泛的应用前景。此时就要借助SEM确定产物形貌成分，借此更好的完成制备过程的优化，指导大规模生产。现在就让我们用蔡司热场发射电镜sigma500来看一看硒化锡的结构。一、样品准备和SEM图像获取 首先让我们看一看样品。此样品邮寄之前已经分散在铝箔表面，而铝箔则固定在一角硬币之上。所以我们制备样品只需用碳导电胶把样品固定好即可。并且因为蔡司场发射电镜优秀的低电压成像性能能有效的抑制放电，所以样品无需喷金。下面就轮到我们的主角登场了。看看它超大的样品仓，样品多大都不成问题。现在我们只要把样品放入即可。最后我们应用蔡司电镜低电压成像技术，即使在1kv的条件下，也可得到清晰的SEM图片。以下4张图为前2张为样品1的SEM图片，后2张为样品2的SEM图片。二、SEM分析首先看样品1，在低倍放大像种，可以看出产物的主要形貌为花瓣状薄片结构。在较高倍率放大像中可以看出花瓣状纳米片边缘较规整，叶片厚度不到30nm。此时对其做能谱分析可知Se和Sn所占原子分数之比大致为2：1，说明花瓣状纳米片成分可能是SnSe2。再看样品2，在SEM图像上可以看出产物为多层片状结构，其产生原因可能为较长的反应时间使花瓣状结构生长。后 记胡克曾在《显微图谱》中说过，关于感官，接下来需要关注的是通过工具弥补感官的不足。我们现在所做的就是通过电子扫描显微镜了解物质的微观结构，因为微观结构决定了物质的性质。对于硒化锡来说，由于具有低热传导、储量丰富、环境友好等特质，是一种颇具潜力的热电能源材料，但其硬伤在于导电性能较弱。经试验发现其层状晶体结构在其层面内具有不错的导电性能。所以为了更佳的导电性能，在制备的过程中我们需要更长的时间以形成更多的片状结构。只有这样我们才能使其有更好的导电性能，使其作为热电能源材料有更好的应用前景。下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

前期回顾在往期，我们一起揭秘了潘多拉的秘密，独特的标志，个性的造型，受到了无数女性的青睐，进而我们利用蔡司Gemini 300场发射扫描电子显微镜观察表面的形貌，并对表面材质做了能谱分析，对于其中的参数也得到了验证，本期我们来辨一下真假潘多拉。序 言Pandora（潘多拉）一根基础链，每一颗灵动的小珠子，串出一串串不一样的味道，如同官网说的那样，从此，开始纪录生命中每个动人时刻，庆祝生命中每个难忘时刻。潘多拉自流行开始，一直有着挥之不去的吸引力，成为年轻女性追捧的轻奢饰品。或许单看某一粒珠子、或者某一根单链，无法让你觉得吸引，但是当你通过自己的创意、喜好、心情去自由搭配出与别人截然不同的手串并且是记录自己心境的手串，这时对她的喜爱就不仅仅只是对于一串首饰的喜爱了。正是由于其个性化的设计和独特的创意，在奢侈品和珠宝消费疲软的市场环境下，Pandora（潘多拉）过去四年的年销售额均实现两位数增长，利润平均保持高双位数增长。2016年下半年，Pandora集团市值一度突破1000亿人民币。截止至目前，Pandora已迅猛发展成为全球销售量第三大的珠宝品牌，亦是全球最大的金银珠宝制造商。不过相信大家都知道一个道理，品牌越火，假货越多，市面上势必会出现假的潘多拉，那我们该如何识别呢，欢迎来到欧波同的潘多拉世界，我将手中缤纷的珠子们一一连起，与你们分享，如何找到那一串真正的味道。一、宏观鉴定法宏观鉴定法，即目鉴，区分潘多拉真假主要是看刻字是否清晰，字体排列的孤度，以及用料和质感等，我们来看个特别容易区分的细节，不要只看刻字清晰就认为是正品，做工好的仿品刻字也很清晰，但是s925的刻字格式上是有区别的。我们来看一下下面的对比图片，假货的s和925之间每个字都空隙均匀，每个字之间的空隙特别均匀的就是假货；真正的正品实际上字母s和数字925之间有一点略大于其他空隙的空隙，像是一个空格。这个辨别点很有效，但大家一定要仔细看，绝对是间隔大于其他数字间的间隔，有些做工很差的，明显就能看出是假珠。对于高仿的，这种方法就不适用了。二、微观鉴定法当然除了目鉴法，还有相当多靠仪器辅助的鉴定方法，仪器鉴定法最常用的当然是用扫描电镜了。首先我们来看一下刻字部分，如图1、图二所示，在扫描电镜下，我们看到真假潘多拉的s925刻字的间隔也是不一样的，我们也更易看出刻字的做工，很明显图3做工更精细，而图4做工比较粗糙，真假一目了然。图一图二图三图四我们继续采用蔡司场发射扫描电子显微镜对成分做分析，显而易见，假的潘多拉和真的潘多拉Ag的纯度是不同的，但是由于其是高仿品，所以银的含量还算是比较高的，通过我们的成分鉴定，可以更确定你的饰品是真是假，有了我们的鉴定手段，相信大家就不会受骗了。后 记大家在跟着小编一起走，带你玩转时尚圈，不多说，喜欢的记得关注我们，你会离时尚更近一步！下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

概 述在上期里，我们借助扫描电子显微镜对锂电池负极材料进行了细微结构的表征和组成元素的分析，让我们对于电子显微技术在电池负极材料中的应用有了相应的理解。本期小编继续带领大家了解扫描电子显微镜技术在电池隔膜研究中扮演的角色。在包括锂离子电池的二次电池中，隔膜是不可或缺的重要组分。其作用在于：一、隔膜本身不导电，将电池正极和负极分隔开来，防止电池出现内部短路；二、隔膜具有微观程度上的孔洞结构，利于电极液中离子的传递，保证了充电与放电过程中离子的有效迁移。一、样品制备小编所选用的样品为聚丙烯（polypropylene，PP）型锂离子电池隔膜，为了了解锂离子电池隔膜的相关结构，小编决定从表面和截面两种状态下进行分析。对样品进行喷金处理后，直接固定在碳导电胶上从而进行平面样品的观测，截面样品的制备同样借助了 Gatan 的氩离子抛光仪（PS：具体制备方法，请查看上期内容，容小编偷个懒）。二、锂离子电池隔膜表面的 SEM 分析利用ZEISS扫描电子显微镜观察锂离子电池隔膜的表面如图1，与隔膜宏观上光滑的表面不同，放大后可以发现，隔膜表面存在着大量的孔洞结构。将样品进一步放大可以发现，隔膜表面的孔洞孔径介于100至200纳米，且由表面延伸至隔膜内部。图1. 锂离子电池隔膜表面的SEM图像三、锂离子电池隔膜截面的 SEM 分析锂离子电池隔膜的多孔程度直接影响着电解液的扩散速率，对电池的性能有很大的影响，因此分析隔膜内部的孔洞结构具有重要意义。图2为隔膜的截面扫描图像。由图像可知，采用 Gatan氩离子抛光仪抛光处理过后的表面平整光滑，其相对于普通剪切处理得到的截面更易获得理想的图像。隔膜内部的孔洞相互贯通，并且由隔膜表面延伸至内部。由放大图像可知，隔膜的孔洞是由数十纳米的纤维形成的。图2. 锂离子电池隔膜截面的SEM图像结 论通过扫描电镜对隔膜细微结构的分析，可知锂离子电池隔膜的内部存在着大量的无序孔洞结构，孔洞的尺寸在100至200纳米之间。二次电池发展至今，大量新型电池涌现，对于电池隔膜的需求也变得多样，对于功能性隔膜的报道不断发表。具有强大功能和普适性的扫描电子显微镜作为一种直观的、有效的表征手段，将在新型材料的探究中将扮演重要的角色。下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！

在我国，下雪是一个十分常见的自然现象，除了部分南方地区，大部分的地区冬季都会有降雪。洁白的雪花似的大地银装素裹，儿童可以在雪地上嬉戏打闹，打雪仗堆雪人，分外欢乐。那么对于洁白的雪花我们有了解多少呢？我们的祖先早就注意到过这些洁白的小精灵了，西汉诗人韩婴的《韩氏外传》中这样的描述：“凡草木花多五出，雪花独六出”这句话的意思是，普通的花花草草大多是五瓣的，独有雪花有六瓣。这应该是古人对于雪花的形状的最早的描述和总结了。可见，2000多年前，人们就已经对雪花有过初步的研究与认识了。那么以现在的观点雪花又是怎样形成的呢？首先还要从雪花形成的云说起。 云由水滴，水蒸气和悬浮的杂质（例如微小的尘埃颗粒）组成。如果云的温度随后降低，水分子就会开始结晶，并以六方晶格结构（称为Ice Ih）排列在尘埃颗粒周围（见图1）。 同时，雪花也是水的一种固态形式——冰。冰有十四种已知形式，但是冰Ih（“ 1型六角形形式”的缩写）在-100°C至0°C之间稳定，因此它是雪花中看到的形式。六边形排列的水分子堆叠成片，其侧面完全笔直且彼此成120°角，称为“小平面”（见图2）。 图1红色球体代表氧原子，白色球体代表氢原子。随着空气的冷却，最接近的相邻水分子开始将自己排列成晶格，逐渐呈现出“ ice Ih”的六边形几何形状。每个水分子有四个最近的邻居（仅显示一张），因此它充当其中两个的氢供体，另外两个作为氢受体。 图2-分子粘在粗糙表面上比光滑表面更容易，因为粗糙表面提供了更多的位置，新分子可以同时与多个表面分子键合。 出现小平面是因为分子比光滑的表面更容易永久性地附着在粗糙的表面上。因此，首先填充了粗糙区域，然后填充了速度较慢的平滑面，然后定义了晶体的形状。因此，任何雪晶的初始形式都是完美的六边形棱镜。如图3所示。后来，随着六边形棱镜的增长，它变得无法保持其形状，并且分支不稳定性导致分支出现在拐角处。由于水分子结晶的六角形方式，晶体的最终形式将始终具有6倍的对称性。实际上，如图4所示，您仍然可以在许多雪花的中心看到早期的六边形棱柱。 图3.六角形雪晶的SEM图片 图4.树突状雪晶的SEM图片 落到地面上的雪花的大小可能不同，从宽度仅为0.2毫米的近乎完美的六棱柱（称为钻石尘）到宽度为5毫米的大型“树枝状”雪晶。小于钻石尘的晶体太轻而无法掉落到地面上，因此它们仍保持在高空，而较大的晶体则易碎，因此它们会在微风中破裂，如图5所示。图5 部分破碎的雪片的SEM图雪花是怎样形成的？ 但是，是什么导致雪花首先开始形成的呢？当在云中发现两个特殊条件时会发生这种情况：过饱和和过冷，并且雪晶的最终形状可以揭示这些条件如何变化。过饱和 当空气中的水蒸气多于正常的湿度极限（100％）时，就会发生过饱和。在每个温度下，空气中可以吸收的水蒸气量最大。温度越高，可容纳的水蒸气越多。但是，如果冷却已经相对湿度为100％的空气，则空气变得过饱和，并且这种情况不稳定。结果，过量的水蒸气要么结晶成水滴，要么直接结晶成冰。过冷 低于0°C的液态水的存在称为过冷。出乎意料的是，如果将一滴纯水冷却至其冰点以下，它不会冻结，这是因为该滴液体中的分子具有热运动，阻止了其结晶。实际上，在冻结发生之前，温度必须降至-42°C。相比之下，一滴自来水很容易在0°C冻结，这是因为液体中包含的杂质会提供水分子可以粘附的表面（称为成核作用），从而降低了热运动的影响，从而提高了冰点。如果您可以在显微镜下观察该过程，您会逐渐看到更多的水分子连接起来形成微小的冰晶。如果晶体大于临界尺寸，它将生长，但如果 如果分子太小，分子将再次分裂。云中也会发生同样的事情。 图5.如何生成雪花。当一些分子围绕微小杂质成核时，雪晶开始生长。当地条件的变化会随后改变晶体的形状和大小。真的没有两个雪花是一样的吗？ 不同的温度和湿度对雪花的形态有着直接的影响，图6显示了不同温度以及湿度对于雪花形态的影响，因此，雪花的结构和成分可以告诉科学家雪花形成时云内部经历的温度条件。 雪花从云中下降到地面，路途很长，在条件适合时，可以经多次攀连并合而变得很大。在降大雪的时候，有时有一些鹅毛般的大雪片，就是经过多次并合而成的。但是，有时雪花互碰时不是互相并合在一起，而是给碰破了，这时便产生一些畸形的雪花。例如，在降雪的时候，有时会见到一些单个的"星枝"，就属于这种情况。 当时有水汽压仅大于平面的饱和水汽压时，水汽只在面上凝华，形成的是柱状雪花。 当时有水汽压大于边上的饱和水汽压时，边上和面上都会发生凝华。由于边上水汽供应较充分，故在冰晶边上凝华比面上快，多形成片状雪花。 当时有水汽压大于角上的饱和水汽压时，面上、边上、角上都有水汽凝华，但尖角处位置突出，水汽供应最充分，凝华增长得最快，故多形成枝状或星状雪。 又由于冰晶不停地运动，它所处的温度和湿度条件也不断变化，这就使得冰晶各部分增长的速度不一致，形成多种多样的雪花。 进一步观察雪花的超微结构需要用到冷冻样品台的扫描电镜，可以看出其细节的特点，如图7所示，雪花一个分支是存在对称性的，但是也不是完美对称的，会存在少许的不同。图6 温度和湿度对雪花形态的影响图7 雪花的SEM图像图8 雪花的SEM图像显超显微结构 通过进一步对雪花细节的观察，（图8）可以看出，雪花的组成并不是想象的是由一个单一的晶体组成，而是由无数个细小的小冰晶颗粒组成的具有对称性的六边形结构。由此超微结构来看雪花，是不可能存在两个完全一样的雪花的。我们还可以看出每个小冰晶之间都是存存在缝隙的，这样组成的雪花的密度也就远远小于致密的冰粒，这也就解释了为什么雪花的下落速度会远远小于水珠的下落速度，并且会随风飘荡在空中。

概 述 锂离子电池作为一种新型无污染、可再生的二次能源装置，具有输出电压高、比容量高、寿命长等优点，因此成为了手机、笔记本电脑、电动汽车以及航空航天领域的理想电源之选。正极材料、负极材料、电解液以及隔膜是锂离子电池的核心组成部分，电解液的主要作用是承载着锂离子在正负极之间的传导，组成部分包括锂盐、有机溶剂以及功能添加剂。隔膜起着隔开正、负极材料的作用，防止二者接触造成短路，其主要是由过孔的高分子聚合物薄膜构成，在实际应用过程中，锂离子电池充电/放电就是靠锂离子在正、负极材料中可逆的嵌入/脱出来完成。作为锂电池的核心组成之一——负极材料，今天就随小编来一起探究锂离子电池负极材料的神秘世界吧。一、样品制备 为了更好地观察锂电池负极材料的内部结构，小编们决定观察负极材料的截面，但是传统的截面样品制备方式或多或少地会使样品形貌失真，比如剪切的话会使样品表面产生应力，为了更好地观察负极材料的真实结构，于是小编们将样品制备在挡板上，采用Gatan的氩离子抛光仪对样品截面进行抛光处理后观察。图一：(A)、原始样品(B)、将样品剪切合适后粘在挡板上(C)、抛光处理后的样品图一：样品的制备二、锂电池负极材料的SEM分析采用ZEISS的sigma 500电镜观察样品的形貌，从图二的A图负极材料截面宏观形貌图可以看出锂电池负极材料分为上中下三层， 从图二的B图可以看出负极材料其形貌存在层状结构，从图二的C、D图可以看出出现了不同的成分衬度，代表着不同的元素分布。三、锂电池负极材料的元素分析 结合图三的A图SEM图和能谱面分布B、C图可以看出，锂电池负极材料的上下两层主要是石墨且掺杂有硅。自锂电池问世以来，石墨一直是负极材料的主流，石墨为层状结构，层与层之间通过范德华力结合在一起，层内碳原子统统以sp2杂化的共价键结合。其具有的优良导电性和高度结晶的层状结构，有利于锂离子的嵌入与脱出，且其具有工作电压平台较低以及稳定性好等特点，但是其理论比容量仅为372mAh/g，实际生产应用的产品已经能达到360mAh/g，接近其理论比容量，因此石墨负极已经难有提升空间。硅理论比容量高达4200mAh/g，而且具有较低的嵌锂电位，然而，硅在电化学循环过程中，体积变化高达400%，严重影响其比容量、库伦效率和循环稳定性等电化学性能，因此为充分利用硅和石墨的优点，同时克服其缺点，在石墨材料中掺硅是获得高比容量负极材料的有效途径。 根据锂电池的工作原理和结构设计，负极材料需涂覆于导电集流体上。金属箔是锂离子电池集流体的主要材料，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出。通过图三的能谱面分布D图可以看出锂电池负极材料采用的金属箔是铜箔，这主要是铜箔具有良好的导电性、质地较软、制造技术较成熟、价格相对低廉等特点，因而成为锂离子电池负极集流体首选。一般将配好的负极活性浆料均匀涂覆在铜箔表面，活性材料厚度为50~100um，经干燥、滚压、分切等工序，制得负极电极，铜箔在锂离子电池内既可充当负极活性材料的载体，又可充当负极电子收集与传导体。结 论 通过扫描电镜的显微观察以及能谱分析，可以看出该锂电池的负极材料主要由掺硅的石墨涂覆在铜箔上组成，是一种常见的锂电池负极材料，人们为了获得性能更好的负极材料，已经出现了众多类型的锂电池负极材料，但是随着大家对锂电池负极材料的研究越来越深，锂电池负极材料的种类也将更加丰富。根据锂离子电池的形状锂离子电池可分为圆柱形的锂离子电池、方形的锂离子电池、扣式锂离子电池等，下图是锂离子电池的结构图。图五：(A)、圆柱形锂离子电池的结构(B)、方形锂离子电池的结构(C)、扣式锂离子电池的结构图五：锂离子电池的结构图下期有什么精彩内容呢？敬请期待吧！