内部结构

荷兰研究人员拍摄到的世界首张原子结构图，图中颜色不同是因为原子内部微粒密度不同。　　荷兰物质基础研究基金会的研究人员日前拍摄到了世界首张原子内部结构照片。 在这项开创性实验中，研究人员用激光、显微镜和能够把拍摄对象放大2万倍的特殊镜头对氢原子内部进行观察研究，并对其进行拍摄。该研究小组的负责人阿尼塔斯托多纳说：“我们对这一成果非常满意。”这项实验颠覆了量子物理学家们的观念。之前，由于原子内部微粒非常微小、脆弱，拍摄原子内部结构照片曾被认为是不可能完成的任务。　　研究人员介绍称，选择氢元素作为研究对象，是因为它结构简单，拍摄氢的原子照片要比获取其他元素原子照片更为容易。目前，该小组将研究目标转向结构更为复杂的氦元素，研究是否成功还有待确认。　　对于这项实验，加拿大渥太华大学物理学家杰夫伦德恩表示：“这个实验很有趣，这主要是因为它的研究对象是氢元素。”氢元素广泛存在于宇宙万物中。 伦德恩指出，该研究小组基本上开创了一项新技术，它将成为科学家们“一个非常有用的工具”。

据美国物理学家组织网近日报道，英国科技设施委员会(STFC)将和格拉斯哥大学合作，建造迄今为止拍摄速度最快的X射线摄影机：每秒450万帧，可记录瞬间爆发的图像。将它安装于大型研究设备上，有助于从分子和原子水平揭示物质内部结构，开发新型药物及用于其他重要研究领域。　　该摄影机也是英国科技设施委员会与欧洲X射线自由电子激光仪(X射线自由电子a激光仪)合作的首批实验终端设备之一，将于明年交付欧洲X射线自由电子激光仪委员会，并于2015年开始运行。欧洲X射线自由电子激光仪委员会代表团在参观了英国科技设施委员会之后，已经签订了300万英镑的样机建造合约。　　欧洲X射线自由电子激光仪位于德国北部汉堡附近，由德国牵头，欧洲11个国家共同合作建造，总耗资达10亿欧元，设施长约3.4公里。利用超导加速技术给电子加速，其产生的X射线闪光比传统X光源要亮10亿倍，每次闪光持续不到10亿亿分之一秒。利用这一激光高强度、短脉冲的属性，使拍摄单个分子三维结构的X射线图像成为可能。而目前最先进的X光摄影机只有通过X光束持续不断地轰击物体才能拍摄，X射线自由电子激光仪产生的极短暂而高强度闪光并不适合。　　新的摄影机专为X射线自由电子激光仪超短超强的X光而设计，为欧洲X射线自由电子激光仪进一步发挥其强大的探测功能提供了用武之地，有助于理解物质属性，从原子水平绘制病毒结构，精确定位单个细胞的分子组成等。　　英国科技设施委员会蒂姆尼古拉斯博士指出，为X射线自由电子激光仪建造尖端摄影机设备，表明了英国在先进微电子学和高技术成像设备设计方面的能力，也将给人们的生活带来巨大变化。　　欧洲X射线自由电子激光仪开发公司领导马库斯库斯特博士表示，X射线自由电子激光仪代表了欧洲研究设备的主要进步，加上英国科技设施委员会在成像设备制造方面的先进技术，将帮助X射线自由电子激光仪发挥它最大的潜力。

借由高功率显微镜和机器学习，美国科学家研发出一种新算法，可在整个细胞的超高分辨率图像中自动识别大约30种不同类型的细胞器和其他结构。相关论文发表在最新一期的《自然》杂志上。　　领导该COSEM（电子显微镜下细胞分割）项目团队的奥布蕾魏格尔说，这些图像中的细节几乎不可能在整个细胞中手动解析。仅一个细胞的数据就由数万张图像组成，通过这些图像追踪该细胞的所有细胞器，需要一个人花60多年时间。但是新算法可在数小时内绘制出整个细胞。　　除了《自然》上两篇文章外，研究团队还发布了一个数据门户“开放细胞器”，任何人都可通过该门户访问他们创建的数据集和工具。这些资源对于研究细胞器如何保持细胞运行非常宝贵，过去科学家们并不清楚不同细胞器和结构怎样排列——它们如何相互接触及占据多少空间。现在，这些隐藏的关系首次变得可见。　　在过去十年中，研究团队使用高功率电子显微镜从多种细胞中收集了大量数据，包括哺乳动物细胞。　　最新的机器学习工具可在电子显微镜数据中精确定位突触，即神经元之间的连接。研究人员调整了算法来绘制或分割细胞中的细胞器，该分割算法为图像中的每个像素分配一个数字，这个数字反映了像素离最近的突触有多远，算法使用这些数字来识别和标记图像中的所有突触。COSEM算法的工作方式与之类似，但维度更多。研究人员根据每个像素与30种不同类型的细胞器和结构中的每一种的距离对每个像素进行分类。然后，算法整合所有这些数字来预测细胞器的位置。　　研究人员表示，利用这些数字，该算法还能判断特定的数字组合是否合理。例如，一个像素不能既位于内质网内，同时又位于线粒体内。　　为了回答诸如细胞中有多少线粒体或它们的表面积是多少等问题，研究团队构建的算法结合了有关细胞器特征的先验知识。经过两年的工作，COSEM研究团队最终找到了一套算法，可为迄今为止收集的数据生成良好的结果。　　目前，研究团队正在将成像提升到更高的细节水平，并进一步优化工具和资源，创建一个更为广泛的细胞标注数据库和更多种细胞和组织的详细图像。这些成果将支持未来的新研究领域——4D细胞生理学，以了解细胞在构成有机体的不同组织中的相互作用。

p style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "strong材料的性能，除了取决于材料本身的组成外，其表面的成分、结构、化学状态等特性也极大程度上影响了材料的物理、化学等性能，而材料表面与内部有明显的不同，有时候，改变材料表面的结构，或许可以达到意想不到的效果。/strong/pp style="text-align: center text-indent: 0em margin-bottom: 10px "span style="font-size: 20px color: rgb(255, 0, 0) "strong因此，对材料表面结构及组成的分析就显得尤为重要。/strong/span/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "表面分析科学是上世纪60年代后期发展起来的一门学科，是目前已经成为国际上最为活跃的学科之一。随着材料科学、化学化工、半导体及薄膜、能源、微电子、信息产业及环境领域等高新技术的迅猛发展，对于表面分析技术的需求日益增多。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "为积极推动表面分析科学与应用技术的快速发展，加强同行之间交流合作，展示表面分析技术最新的进展，由国家大型科学仪器中心-北京电子能谱中心、北京理化分析测试学会表面分析专业委员会、中国分析测试协会高校分析测试分会、全国微束分析标准化技术委员会表面化学分析分技术委员会及仪器信息网联合举办的strong“第四届表面分析技术应用论坛——表面分析技术在新材料研究中的应用”暨“表面化学分析国家标准宣贯会”主题网络会议将于5月8日举行。/strong/pp style="text-align: center margin-bottom: 10px "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank"img style="width: 650px height: 142px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/63bf85a8-5dfc-45da-b1ff-74530cc5e3dc.jpg" title="w1920h420bmfxj2020(8).jpg" width="650" height="142" border="0" vspace="0" alt="w1920h420bmfxj2020(8).jpg"//a/pp style="text-align: center text-indent: 0em margin-bottom: 10px "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank"span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong点击图片/strong/spanstrong style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "报名参会/span/strong/a/pp style="text-indent: 0em margin-bottom: 10px "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank"strong style="text-indent: 0em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "/span/strong/a/pp style="text-align: center margin-bottom: 10px "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/c4e4cf10-de01-42d6-ad15-8111a15e6e74.jpg" title="报名.JPG" alt="报名.JPG"//a/pp style="text-align: center "br//pp style="text-align: justify text-indent: 0em margin-bottom: 10px "strong一、主办单位/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "国家大型科学仪器中心-北京电子能谱中心/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "北京理化分析测试学会表面分析专业委员会/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "中国分析测试协会高校分析测试分会/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "全国微束分析标准化技术委员会表面化学分析分技术委员会/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "仪器信息网/pp style="text-align: justify text-indent: 0em margin-bottom: 10px "strong二、会议详情/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "1. 会议时间：2020年5月8日/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "2. 会议形式：网络在线交流/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "3. 会议日程：/pp style="text-align: center"img style="" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/2577a481-3f33-42ff-b5c8-1bb68e31bfe9.jpg" title="1.JPG"//pp style="text-align: center"img style="" src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/220a3916-279f-4710-a7c3-9526b9a87f34.jpg" title="2.JPG"//pp style="text-align: center margin-bottom: 10px text-indent: 0em "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank" style="text-align: center "img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/421a40bb-6cac-4de9-ab76-e8707f6a75de.jpg" title="报名.JPG" alt="报名.JPG"//a/pp style="text-align: justify text-indent: 0em margin-bottom: 10px "strong/strong/pp style="text-align: center margin-bottom: 10px "a href="https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/" target="_blank"span style="color: rgb(0, 0, 0) "strong点击参会/strong/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 0em margin-bottom: 10px "strong三、参会指南/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "strong（一）报名方式：/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "1、点击“第四届表面分析技术应用论坛——表面分析技术在新材料研究中的应用”暨“表面化学分析国家标准宣贯会” 网络会议（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/）官方页面进行报名。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "2、报名开放时间为即日起至2020年5月8日。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "3、为使更多用户能够通过网络平台进行学习与交流，报名参加“第四届表面分析技术应用论坛——表面分析技术在新材料研究中的应用”暨“表面化学分析国家标准宣贯会”网络会议不收取注册及参会费用。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "strong（二）参会条件：/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "1、“第四届表面分析技术应用论坛——表面分析技术在新材料研究中的应用”暨“表面化学分析国家标准宣贯会”网络会议将在仪器信息网网络会议平台上举办，报告人PPT视频和讲解将实时传送给所有参会者，参会者也可通过文字向报告人提问，报告人在报告结束后统一进行解答。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "2、参与网络会议听众需要自备一台能上网的电脑或智能手机，网络带宽超过128K。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "strong（三）参会方式：/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "1、报名参会并通过审核后，将会收到邮件通知，并在会前一天收到提醒参会的短信通知。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "2、会议当天进入“第四届表面分析技术应用论坛——表面分析技术在新材料研究中的应用”暨“表面化学分析国家标准宣贯会”网络会议（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/2020bmfx/）官方页面，点击“进入会场”，填写报名时手机号，即可登录会场参会。/pp style="text-align: justify text-indent: 0em margin-bottom: 10px "strong四、联系方式/strong/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "会议联系人：吴先生 18640355925/pp style="text-indent: 2em text-align: justify margin-bottom: 10px "联系邮箱：wuyou@instrument.com.cn/pp style="margin-bottom: 10px " /pp style="text-align: right margin-bottom: 10px " /pp style="text-align: right margin-bottom: 10px "国家大型科学仪器中心-北京电子能谱中心/pp style="text-align: right margin-bottom: 10px "北京理化分析测试学会表面分析专业委员会/pp style="text-align: right margin-bottom: 10px "中国分析测试协会高校分析测试分会/pp style="text-align: right margin-bottom: 10px "全国微束分析标准化技术委员会表面化学分析分技术委员会/pp style="text-align: right margin-bottom: 10px "仪器信息网/p

想必大家对于《et外星人》中，最后，小主人公骑着自行车带着et飞向月球的画面都记忆犹新。也通过这部电影，我们认识了外星人et。▲ 图片源于百度，电影《外星人et》剧照大家是否想探究一下外星人的内部构造？带着这样的好奇，我们开启了“解剖”、重构外星人身体之旅。我们通过3d扫描—内部数据重建—3d打印这样的技术，让外星人的内部构造也可以肉眼可见。 这次“解剖”的外星人来自very museum，是核心艺术家 steve wang的作品。他的名字是alien grey，有着我们熟识的外星人形象。姓名 grey性别 不详 年龄 不详 “解剖”的流程 以下来自grey的独白 复制一个三维的我 3d扫描获取原始 高细节彩色数据我的“皮肤”有细致的纹路，在复制精细三维数据的同时，还需要兼顾皮肤的颜色。因此，先临三维的工程师使用einscan pro 2x 2020设备获取我的等比彩色数据，为后续“解剖”做准备。▲ 精细的扫描数据，肉眼可见的皮肤纹路重构我的三维模型，制作解剖效果，还需要内部的结构。工程师将我的“头骨”利用手持扫描仪进行数据获取，头骨数据结合外形数据，“解剖”的第一步已经完成。 重构我的内部结构 后处理软件设计解剖结构设计师通过maya等数据建模软件，参考人体构造，结合我的头骨数据和外形数据，重构出内部结构。“解剖”最终造型，左右一分为二，一侧展示外形，一侧展示内部结构。 展现我的“解剖”结构 彩色3d打印机打印完整数据利用stratasys的彩色3d打印技术，实现数据的最终呈现。stratasys的全彩3d打印技术，结合了全彩，透明以及类橡胶材质的组合输出能力，使得我的左右半边外形以及内部结构的展示可以一次性完成。在保留外部轮廓的同时，内部结构也可以清晰地展示在观众面前。在创作过程中，stratasys工程师前后测试了十几个不同的版本，特别在细节方面，包括我的皮肤的颜色，质感，血管的形态，肌肉，脑干，脑沟等大脑结构中不同层次的展现。这个时候3d打印的优势就凸现出来了 – 我的数据缩小到11公分的比例，12小时之内可以完成8个不同版本的打印，实现快速评估整体的效果，确保在正确的方向去进行下一步的创作。一个对于外星来客的创意尝试，利用3D技术，终将有趣的想法，变成可见的现实。3d扫描-内部数据重建-3d打印，赋予外星人全新的形象，实现模型的快速设计制造。通过grey的解剖模型重建，我们看到了3d技术的力量。3d技术，为创意赋能。

如何利用工业CT获取物体的内部结构信息？ 对于这个问题，我们通过一种电子器件的CT图像来说明。 大家都知道电子钟表上有个重要零件叫晶振，而搭过电路的人都知道：晶振，除了用在电子钟表上，还可以用在很多地方，比如，低头族挚爱的智能手机上、智能化程度越来越高的汽车上等等。 晶振是什么？ 晶振是让一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定、精确的单频振荡的电子器件。虽然形状多种多样，但是外形简洁大气，例如图1。 图1 普通晶振（SPXO，左）和带有温度补偿电路的晶振（TCXO，右） 在简单的外壳下，它们内部是什么样子？工业CT可以让你略知一二。 晶振内部结构？ 图2 图1 SPXO的透视图像（平放俯视） 图3 红色虚线部分的放大透视图像（侧面） 图4 图1 TCXO的透视图像（平放俯视） 图5 红色虚线部分的放大透视图像（侧面） SPXO和TCXO虽然外观相似，但是因为器件性能不同，所以透视图中可看到TCXO明显比SPXO结构复杂些。TCXO中，石英片有罩子，而且震荡电路IC在石英片外罩的下面。透视图上只能看到位置关系，具体样貌无法获知。 那么来看看晶振的CT图像。图6~图10是图1中SPXO的CT图像。 图6就是SPXO的MPR图像。MPR是任意断面图像的简称。断面3是断面1中绿色亮线的截面图像，断面4是断面2中绿色亮线的界面图像。CT图像中，断面1中可见石英片的CT图，断面3中可见导电胶和胶体中气泡的图像，断面4中可见震荡电路IC的绑定点图像。 图6 图2中红框部分的CT断面图像 晶振中的石英片是什么样子呢？ 下图就是图6 断面1中的石英片的样子。 图7 图6断面1中石英片的图像 MPR图像怎么看？ 有的小伙伴可能说：MPR图像不容易看懂啊！那么可以看看处理后的3维效果图——图8和图9。图8就是SPXO的内部三维图像，图9是石英片下面的震荡电路IC的三维图像。图8 图2的三维图像 图9 震荡电路IC的三维图像 图10 对震荡电路IC中焊点的缺陷分析 除了直观的图形数据，还可以利用分析软件量化分析焊点的缺陷（VGStudio MAX）。那么图1中的TCXO里的石英片和震荡电路IC又是什么样的呢？ 图12 图1TCXO的石英片 图13 图1TCXO石英片外罩下的震荡电路IC 图像中可见，TCXO的石英片被罩子罩住，震荡电路IC隐藏在罩子下面。如果没有CT的帮助，估计我们只能把TCXO的器件外壳打开才能看到里面的状态。 外形相似的SPXO和TCXO，原来内部差别如此之大。 最后，看看为我们拍出CT图像的仪器——岛津微焦点X射线CT装置inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus。 岛津微焦点X射线CT装置inspeXio SMX-225CT FPD HR Plus 岛津的CT，除了晶振这种简单器件，大至车用铝压铸件，小到碳纤维，都能够轻松拍摄出清晰的图像。关键是，拍摄对象不需要做任何特殊处理，在原有状态下即可获取内部结构信息，这也是CT存在的最大意义。

p　　日本东京大学柴田直哉准教授领导的研究小组，利用目前最先进的扫描透射电子显微镜(STEM)和多分区检测器，首次成功观测到金原子内部电场的分布情况——该电场分布在原子核与电子云之间不到0.1纳米的区域内。最新成果对观察原子内部精密结构极为重要，使未来直接观察原子间如何结合成为可能。/pp　　扫描透射电子显微镜电子探针的大小决定对影像的分辨能力，目前最先进镜片技术的影像分辨力可达0.05纳米以下。电子探针可以检测出由原子产生的散射信号，因此可实现原子可视化。尽管到目前为止，电子显微镜可观测到原子，但直接观察原子内部结构(原子核及电子云)却极为困难。/pp　　研究小组使用分辨能力达0.05纳米以下的扫描透射电子显微镜和他们开发的多分区检测器，对一个金原子内部进行观测，结果发现，在带正电荷的原子核与带负电荷的电子云之间电场的影响下，电子束的行进角度和位置发生了变化，从而直接观察到了原子内部的电场分布，成功捕捉到了原子内部电场从原子核向电子云方向涌动的情形。/pp　　目前，电子显微镜广泛应用于物理化学、电子信息工程学、材料科学、生命科学等尖端基础研究领域 也在半导体设备、医疗、信息通信、能源等产业“大显身手”。提高电子显微镜的性能，对纳米技术研究尤为重要。该研究小组的下一步计划是，挑战直接观察原子间如何联系结合这一难题。/pp　　该成果发表在近日出版的《自然· 通讯》网络版上。/p

十七世纪，最早的微生物学家安东尼.范.列文虎克(Antonie van Leeuwenhoek)利用聚光下的透镜看到了游动的细胞，并为之惊叹不已。自那时起，显微镜便开辟了新的研究前景。今年，诺贝尔化学奖授予了三位科学家。他们突破光学显微镜的极限，展现了活细胞分子级结构的清晰图像。　　斯特凡.赫尔(Stefan Hell)、威廉姆.莫尔纳尔(William Moerner)和埃里克.白兹格(Eric Betzig)在上世纪九十年代与本世纪头十年内所取得的进展，意味着如今生物学家可以对蛋白质分散、进入细胞的过程进行实时观察。该技术可应用于研究神经元间如何连接，以及受精卵如何分裂成胚胎等问题。　　&ldquo 这真是生命科学的革命，因为我们现在可以看到从前看不到的结构。&rdquo 斯特凡.赫尔说道。(斯特凡.赫尔在位于哥廷根的马克斯.普朗克学会生物物理化学研究所从事超分辨率技术的研究工作。)或如诺贝尔委员会所说：&ldquo 显微(微米)技术已然变为显纳(纳米)技术了。&rdquo 　　正如德国物理学家恩斯特.阿贝(Ernst Abbe)于1873年所意识到的那样，无论透镜有多干净，光学显微镜所呈现的细胞分子图像总是模糊不清的。物理定律决定：当物体间距小于约200纳米(约为可见光波长的一半)时，可见光将无法分辨不同物体，而这些物体将会呈现为一点。这称作阿布衍射极限。在这种分辨率下，人们可以看到细胞中的细胞器，却看不到细胞器的具体结构。电子显微镜比光学显微镜的分辨率高，但只限于真空条件下使用，故仅能用于研究已死的组织。　　阿布极限是客观存在的，无法克服。于是，2014年的诺贝尔奖得主们转而运用荧光团(荧光分子)技术。所谓荧光团技术，即激光器发射出特定波长的激光，冲击荧光团使其发光。这一技术现常用于生物成像。　　战胜模糊 威廉姆.莫尔纳尔现就职于加利福尼亚州斯坦福大学。他于1989年在位于圣荷西的IBM阿尔马登研究中心工作时，发现了单个分子会发出微弱的荧光。1997年，他在加利福尼亚大学圣地亚哥分校任职期间，又找到了控制荧光的办法，从而可以像开关灯一样改变分子。但仍旧需要这些单个分子间距大于200纳米才能分辨出来。　　1995年，新泽西默里山贝尔工作室的埃里克.白兹格提议：如果使细胞中异种分子发出不同颜色的光，研究人员应当可以通过顺序拍摄红分子、绿分子、蓝分子的照片来提高分辨率。虽然同色荧光团仍需相距200纳米以上，但通过图层叠加的方法的确可以做出拥有更高分辨率的结构图。接下来，莫尔纳尔证明了各类同种分子可在不同时刻发光。这项发现最终将白兹格的想法变成了现实。　　白兹格历经近十年才将他的想法付诸实践。他曾离开科学学术界，到他父亲在密歇根的医疗设备公司工作。2006年，他效力于弗吉尼亚州阿什本地区霍华德?休斯医学研究所珍妮利亚农业研究院。他运用这项技术拍摄了一张溶酶体蛋白的超分辨率照片，溶酶体蛋白上遍布着带有绿色荧光标记的分子。德国维尔茨堡大学超分辨率显微技术研究员马库斯.萨澳(Markus Sauer)说：这项技术现可达到20纳米的分辨率。　　此时，正在芬兰图尔库大学工作的斯特凡.赫尔发现了一种可以避开阿布极限的技术。这项技术同样依赖于对荧光分子的控制。1994年，他提出：使用激光器制造有色荧光团，然后再次使用激光器使部分荧光团停止发光。其实早在1917年，爱因斯坦就描述了这一过程。　　赫尔的方法是运用第二次激光照射冲击被照亮的荧光团，如此一来只剩下极少荧光点在发光。而由于无法战胜阿布极限，最后的图像还是模糊的。但有一点可以肯定，第二次照射后剩下的极少荧光点可以帮助研究人员确定光源。　　将一系列这样的荧光点集合起来，就可以得到一幅高分辨率的图像。理论上，这些荧光点可以达到仅几纳米的间距。但在活细胞中，30纳米左右已然是极限了。萨澳说：这是由于现阶段第二次激光强度太大而常常破坏荧光团。　　细胞的世界　　&ldquo 至少在我看来，二十世纪那么多的物理发现一定能帮我们克服衍射难题。&rdquo 现就职于哥根廷马克斯?普朗克学会生物物理化学研究所的赫尔，在得知获奖消息时这样对诺贝尔委员会说道。　　&ldquo 的确如此，赫尔运用的所有量子物理原理都在二十世纪二十年代末被发现。&rdquo 托马斯.卡拉尔指出。托马斯.卡拉尔(Thomas Klar)是奥地利约翰.开普勒林兹大学应用物理学研究所负责人，曾在2000年与赫尔合着原理论证的论文。　　赫尔接到诺贝尔委员会打来的电话时正在读一篇科学论文。之后，他说：&ldquo 我读完了想看的那段，然后打电话给我的妻子和一些亲友。&rdquo 　　今年诺贝尔奖得主们的发明尚未成为常规技术，但已有许多生物学家运用此技术拍摄出了很好的细胞内部结构图。赫尔还发布了间距40纳米的小泡在神经元内游动的视频。庄小威是马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的一名化学家。她自己则另有发明&mdash &mdash 随机光学重建显微法。该显微法可用于展现肌动蛋白纤维如何沿轴突横截面周长呈环状包裹轴突。&ldquo 将来会出现许多新版的超分辨率显微镜。&rdquo 赫尔说道。

随着图像处理及分析相关的硬件和软件的不断进步，高光谱成像系统在各种研究项目中的使用越来越多，并被应用于各种领域。最新的研究报告显示，2023年全球高光谱成像系统市场估计为168亿美元，预计2028年有望达到343亿美元，预测期间复合年增长率为15.4%，市场极具活力！为了更好的展现高光谱技术和应用的创新成果，以及未来的发展趋势，仪器信息网特别策划《高光谱技术创新成果集》网络专题，集中展示高光谱领域的最新成果，包括但不限于仪器、部件、技术、方法、应用等。兰维杰 副教授南京农业大学食品科技学院在仪器信息网主办的“高光谱技术在农业领域的最新应用进展” 网络研讨会议中（相关精彩视频回放点击：https://www.instrument.com.cn/news/20230811/679327.shtml ），南京农业大学兰维杰副教授进行了《高光谱成像技术在苹果内部品质异构性的评价潜力研究》的报告分享。会后，我们再次邀请兰老师分享高光谱技术当前的研究进展及其团队研究成果。一、为什么要依靠高光谱技术来研究食品异构性高光谱成像技术是一种在不同波长范围内获取物体光谱信息的技术，其技术优势在于能够捕捉物体的细微光谱差异，并且集成了成像和光谱学，从而实现对物体内部构成和特性的定量或定性分析。目前，高光谱技术在食品质量检测领域应用广泛，如检测食源性污染物、鉴别真伪、果蔬成熟度及病害程度判断。其中，由于果蔬的内部物理性质（如大小、形状、颜色、位置和温度）和生物性质（如品种、季节、成熟度水平和地理来源）各不相同，造成组织具有较高异构性，影响了光学传播特性和与入射光的相互作用行为，从而降低了质量检测的精度。常规色谱、质谱化学分析方法探究单个水果组织水平上的内部异质性方面既昂贵又耗时，这些内部异质性已经被广泛证实，同时也显著影响了其加工后产品的质量安全与稳定性。目前，凭借空间和光谱信息的结合，高光谱成像技术拥有探究其内部品质异构性的潜力，这不仅为对食物内部异质性的科学研究提供了快速有效表征方法，同时也更为获得稳健、精准的食品品质指标预测模型提供关键指导。二、高光谱技术研究苹果异构性的部分进展本团队以苹果为研究对象，通过常规化学分析测定，证明了单个苹果内部在总糖、单糖、酸度、总酚含量等方面均存在显著空间异构性分布。目前，我们提供了一种基于近红外高光谱的简单高效方法来实现苹果内部化学指标异构分布的快速表型（图1）。首先，我们通过近红外高光谱成像系统获取了布瑞本（Braeburn）、嘎啦（Gala）、史密斯（Granny Smith）和高果树负载量（约200个/棵）与低果树负载量（约150个/棵）下的金冠（Golden Delicious）苹果的片状组织，获取了超1000个不同部位的待测样本；其次，对所有苹果切片的高光谱信息，采用主成分分析筛选出变异性较大的特征待测区域（共141个），基于每个部位的平均光谱进行PLS模型与机器学期预测模型构建，结果发现PLS模型能够较好实现特征测试样本的总糖（Total sugar）和干物质（DMC）的预测，模型R2与RPD值高于0.81和2.2；最后，通过该模型对全像素下的目标进行预测，成功实现了不同品种及不同位置的苹果内部的总糖及干物质分布的变异性可视化（图2、图3）。综述，该研究成果的优势在于依靠相对小样本测试数据，即可实现高通量的苹果内部品质指标可视化，这为田间及实验室内三维空间的品质表型提供简单可行方案参考。但是，本研究中高光谱技术也展现了评价单糖、总酚等内部品质指标空间分布的局限性。图1 基于近红外高光谱技术表征苹果内部品质异构性的方法图2基于近红外高光谱技术表征苹果内部干物质含量的可视化空间分布图图3 基于近红外高光谱技术表征苹果内部总糖含量的可视化空间分布图三、高光谱技术对水果硬度异构性与泛化预测模型的开发目前，本团队研究了不同“富士”苹果硬度空间异构性，发现其干物质和硬度也存在着较大变异性，并希望通过减少苹果果皮光学信号干扰，建立更加可靠的果肉硬度泛化检测模型。现有结果表明，在构建苹果果实硬度校正模型时，考虑到样品内部异构性（ 10%）可有效提高模型精度和降低样本数量。由此，我们不仅减轻了样品测定的工作量并且保证了模型构建中样本的差异性。希望在后续的苹果硬度模型建立及矫正的过程中开展进一步验证性研究，为点状近红外对苹果硬度检测的泛化模型精度提升提供参考。四、高光谱成像技术探究食品异构性的几点展望目前，限制高光谱成像技术在评价果实内部品质异构性方面的应用依旧存在着以下三个方面：首先，高光谱数据量庞大，急需更有效的数据处理方法、人工智能和机器学习技术从数据中提取有用信息；其次，高精度、小型化的高光谱一起可以提高数据采集的质量和效率，实现食品加工产品在发酵、调配、包埋等过程中内部结构与化学变化的精准控制；最后，明确光在生物物体中传播路径模拟或与生物物体相互作用的机理也是提高模型精度必要的研究方向。这些方法的发展为高光谱成像技术在评价食品异构性的可能性提供了可行性。

TESCANUniTOM是一款配置灵活的多分辨率3DX射线CT显微镜，可以对大尺寸的风机叶片（长约40cm）整体3D成像，这是一种非破坏性的技术，可以在不破坏材料的前提下，快速方便地获取风机叶片材料的内部结构，从而进一步研究和分析结构缺陷对叶片材料结构完整性的影响。毫无疑问，风是一种潜能巨大的新能源，在数秒钟内就能发出一千万马力（750万千瓦）的功率。风很早就被人类利用，比如用风车来抽水、磨面等，而现在风能主要被用作风力发电，通过风力带动风机叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。由于风力发电非常环保，无需使用任何燃料，也不会产生辐射或空气污染，因此得到广泛的应用。（图片来源于网络）但风机叶片作为风力发电机的核心部件之一，因积年累月的运转在自然环境中，长期受日照、风雪、雷电，沙尘，甚至大气污染等环境的侵蚀，叶片材料容易老化和损坏，这不但会导致昂贵的维修费用和停机成本，不良的叶片性能还会影响整个叶片的完整性，造成发电量的严重损失，甚至引发事故。风机叶片材料的损坏和老化（图片来源于网络）为了有效避免事故，减少风险，我们首先需要探究一个问题：风机材料的老化和损坏到底是如何影响叶片结构完整性的呢？我们知道风机叶片对材料的要求很高，不仅需要具有较轻的重量，还需要较高的强度、抗腐蚀、耐疲劳性能，因此复合材料在风机叶片的制造中被广泛应用，它占整个风机叶片的比重高达90%。但复合材料是由多种非均质材料组成的，在宏观和微观尺度上的结构都非常复杂，需要利用多尺度三维成像方法才来获得其完整的内部结构。那有没有一种方便快捷的多尺度成像方法能帮助我们快速获得叶片材料的完整内部结构呢？TESCANUniTOM是一款配置灵活的多分辨率3DX射线CT显微镜，可以对大尺寸的风机叶片（长约40cm）整体3D成像，这是一种非破坏性的技术，可以在不破坏材料的前提下，快速方便地获取风机叶片材料的内部结构，从而进一步研究和分析结构缺陷对叶片材料结构完整性的影响。（一）全局扫描，无损获取材料内部宏观结构首先，使用TESCANUniTOM对叶片材料样品进行了整体扫描成像，获得了复合材料的内部宏观结构。如下图中的横向切片所示，我们可以看到风机叶片是由多层玻璃纤维组成，在层之间的树脂中还存在许多孔隙，并且在复合材料的表面覆盖有涂层。对叶片材料整体成像，观测内部结构从风机叶片材料的概览图像和横截面中，可以观察到叶片材料中存在不同大小的孔隙，对这些孔隙进行进一步分析，发现检测到的大多数孔隙可能与存留在材料不同玻璃纤维层之间的气泡有关。孔隙度三维成像分析（蓝色代表较小的孔隙，红色代表最大的孔隙）孔隙度直方图统计分析（二）对概览图实时缩放分析，洞悉更多细节利用TESCANUniTOM系统，可以非常方便地在获得的概览图上选择感兴趣区域，进行实时缩放扫描，来对特征区域进行更加细节的观测。在对感兴趣区域的高分辨观察中，我们发现原本观测不到的存在于玻璃纤维层内和涂层内的孔变得清晰可见（不用对样品做任何处理，分辨度可增加5~10倍，达到12μm），并且借助于高分辨率的细节图像，也可以区分穿过涂层并在涂层下方的树脂内延伸的微小裂缝。局部扫描成像，洞悉更多结构细节然后，从较大叶片的垂直层中，选择一块具有代表性的区域，提取直径为5mm的样品。通过对样品的高分辨率扫描分析，可以得到材料内部不同层的详细信息，甚至可以区分出单根的玻璃纤维。此外，根据样品的横截面剖析，也可以观察到材料内部存在有不同类型的孔隙。对样品进行高分辨扫描，获取更多复杂信息材料内部不同层的特性分析分析表明，在这种叶片的复合材料中确实存在较大的孔隙，而这主要与材料内部玻璃纤维层中的起伏和这些层之间的空气泡有关。（三）涂层分析在叶片复合材料结构的顶部，通常会采用覆盖涂层的方式来增强材料的性能。但这种涂层非常的薄而且涂覆面积非常大，分析时既要求很高的分辨率，又需要分析很大的面积，采用传统的表征方法是不可行的。但TESCANUniTOM具有亚微米级的高分辨率（真实空间分辨率可以达到500nm），并能够分析大尺寸的样品（容纳样品直径可达40cm，高度可达50cm），非常适合叶片复合材料中覆盖涂层的分析。我们利用UniTOM系统对复合材料的内部结构进行局部扫描和放大分析，并借助软件将涂层与材料其他结构分离，对涂层的内部成像，可以发现在整个涂层中也存在大量的小气泡。对涂层结构成像分析，分类筛选出涂层中的小气泡可见，TESCANUniTOM是一款灵活的、模块化的多分辨率X射线CT显微镜，能够对完整的叶片材料样品整体成像来评估材料宏观尺度上的内部结构，还可以在获得的概览图像上选择感兴趣的区域，实时缩放进行更高分辨率的变焦扫描，最大化图像质量、分辨率和分析速度，是一种非常高效和实用的多尺度分析工具。风机叶片材料结构缺陷的多尺度高分辨研究

显微 CT 成像在药物制剂结构分析中的应用引言药物是用于预防、治疗、诊断疾病的活性物质，需制成一定的剂型才能作用于人体。药物攸关人民生命安全，因此对药物制剂的质量进行控制和评价至关重要。制剂的结构影响药物的疗效发挥，同时也影响制剂的释药行为，因此制剂的结构在制剂设计和评价方面发挥着重要的作用。药物制剂结构表征常用的技术有光学显微镜、电子显微镜等技术工具，但这些技术手段仅能给出制剂的表面特征，无法有效地表征其内部特征。X 射线具有波长短、分辨率高和穿透力强等特点，能够实现对样品内部结构进行成像，曝光时间短、效率高，可用于观察分析多种微观物理、化学变化以及微纳米结构，在生物医学、材料科学上有着广泛的应用。利用显微 CT 成像研究药物制剂结构的应用包括：&bull 药物制剂的晶型研究&bull 制剂内部结构的表征研究&bull 制剂涂层结构的无损表征&bull 药物释放机制研究图注：NEOSCAN 台式显微 CT 扫描抗过敏药盐酸西替利嗪片本文通过文献资料摘录 3 个实际应用案例介绍显微 CT 技术在固体制剂药品领域的应用和功能。Part 01 利用显微CT对仿制药开展一致性评价昝孟晴等利用显微 CT 技术对盐酸特拉唑嗪片的内部微观结构进行观察分析，发现溶出度测定结果不满足标准限度要求的样品与参比制剂相比具有更大的孔隙率。将溶出度不合格样品和参比制剂的结构进行对比分析，二者局部孔径大小分布见下图。由图可知，二者的局部孔径尺寸大多数都分布在 10~20 μm，平均孔径大小分布没有较大差别。图注：参比制剂样品(蓝色)和溶出度不合格样品(橘色)的局部孔径大小分布但通过分析制剂的孔隙率(片剂表观体积中，除原辅料外，内部的孔隙占总体积的比例)，发现溶出不合格样品的孔隙率远大于参比制剂，分别为 32.851%(仿制制剂)和 6.545%(参比制剂)，见下图(图中白色部分代表主药和辅料， 红色部分代表孔隙)。从结构对比结果推测，溶出度不合格样品可能是由于孔隙率偏大，因而能迅速吸收大量水分，由于重力作用而沉积在普通溶出杯底部。显微 CT 技术能够提供药品固体制剂的高分辨率三维内部结构图像，包括活性成分的分布、空隙、颗粒大小和分布等，这有助于了解药品的均匀性和质量分布。图注：参比制剂(左图)和溶出度不合格样品(右图)的三维结构图Part 02 显微CT 中药制剂结构研究中药制剂重视药辅合一, 其剂型和辅料的运用蕴含着丰富的药方配比智慧。中药活性成分从剂型里溶出、释放受制于制剂的结构, 并影响其疗效的发挥。制剂结构的创新是中药制剂的发展趋势, 在以缓控释制剂和靶向给药系统等为代表的新剂型发展过程中, 制剂结构发挥着重要作用。微丸压制片是由可持续释药微丸与适宜辅料混合后压制成的制剂, 压片后具有体积小、可刻痕和可分剂量使用等优点。使用显微 CT 无损成像技术对微丸压制片的三维微结构与药物、辅料的空间分布的研究, 有助于进行深度的质量评价与控制。茶碱微丸片 (THEODUR) 为 24h 骨架型缓释制剂, 微丸在片剂径向上的分布均匀, 但在轴向上存在明显的微丸富集区。片剂内部呈现 3 种不同的区域: 基质层、保护缓冲层与载药微丸, 基质层和保护缓冲层并无特定的结构, 两层依次包裹在微丸周围。基质层主要分布有茶碱、蔗糖、乳糖和十二烷基硫酸钠, 而单硬脂酸甘油酯主要存在于缓冲层 (图 A)。琥珀酸美托洛尔微丸片 (倍他乐克) 遇介质快速崩解成单个微丸, 持续释放药物 24h。其中, 微丸在片剂内均匀分布, 且呈光滑球形, 具三层球形结构。此外, 片剂中基质并非十分紧实, 基质中以及基质和微丸之间均有一些空隙, 这不仅有利于片剂在介质中快速崩解, 也保证微丸在压片过程中结构的完整性 (图 B)。另外, 肠溶型微丸压制片的结构研究也有报道, 如埃思奥美拉唑微丸片 (耐信)。图注：显微 CT 分析茶碱微丸片Part 03 显微 CT 对原辅料粉体结构中药物晶型的辨别制剂是由药物活性成分和辅料组成, 原辅料粉体中的药物晶型、粉体粒径及其分布、 配比与规格直接影响药物制剂的质量。显微 CT 成像可以避免剂型中辅料的干扰, 准确识别药物的晶型, 且能无损伤、原位检测制剂内药物微粒的粒径及其分布。该方法解决了固体制剂内药物晶体的识别和药物粒径及其分布的测定难题, 具有重要应用价值, 为仿制药一致性评价中原辅料粉体结构的研究提供了新的视角和思路。例如，Yin 等采用 SR-μCT 研究多晶型混合物中硫酸氢氯吡格雷的晶型, 基于两种晶型颗粒表面的粗糙度差异, 有效地识别硫酸氢氯吡格雷的不同晶型。关于台式显微 CT可在不破坏样品的同时，得到样品的结构信息（空腔孔隙）、密度信息（组分差异），同时可以输出三维模型，进行仿真分析。 参考文献《采用高分辨显微成像技术从药物制剂结构角度分析盐酸特拉唑嗪片溶出度测定结果》昝孟晴，黄韩韩，张广超，马玲云，许鸣镝，牛剑钊*，刘倩*(中国食品药品检定研究院，国家药品监督管理局化学药品质量研究与评价重点实验室）《结构药剂学与中药制剂结构研究进展》杨 婷, 李 哲, 冯道明等(1. 中国科学院上海药物研究所；2. 江西中医药大学)《从结构出发的制剂一致性研究策略》张继稳, 孟凡月, 肖体乔(1. 安徽中医药大学药学院 2. 中国科学院上海药物研究所 3. 中国科学院上海应用物理研究所)《高分辨三维 X 射线显微成像在药物制剂结构分析中的应用》昝孟晴，黄韩韩，南楠等(中国食品药品检定研究院，国家药品监督管理局化学药品质量研究与评价重点实验室)

这里是北京雁栖湖畔的怀柔科学城。群山环绕中，一个圆环状的大科学装置静静矗立其间。它是被公众亲切地称为“放大镜”的高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，简称HEPS）。提起光源，你的脑海中会浮现出灯泡的画面吧，于是把HEPS想象成一个“大型灯泡”。其实不然。这里的“高能”可不是“前方高能”里的那个“高能”，而是指物理学中探索微观世界物质探针所具有的高能量。据HEPS工程总指挥潘卫民研究员介绍，从高空俯瞰，HEPS整体建筑形似一个放大镜，设计寓意为“探索微观世界的利器”。“通俗地讲，你可以把HEPS视为一个具有超精密、超快、超穿透能力的巨型X光机。”潘卫民说。作为国家“十三五”重大科技基础设施，HEPS由加速器、光束线站及配套设施等组成，总建筑面积约12.5万平方米。周长约1.5千米的主体环形建筑，如同放大镜的镜框，里面安装有储存环加速器、光学元件、衍射仪等科学仪器。其中的储存环里，分布着2400多块磁铁及各类高精尖设备。“同步辐射是指接近光速的带电粒子在做曲线运动时沿切线方向发出的电磁辐射，也叫作同步光。为了研究材料内部结构与变化的过程，科研人员需要借助强力的科研装置进行探测解析。”中科院高能物理研究所副所长、HEPS工程常务副总指挥董宇辉研究员说，作为研究物质内部结构的平台，HEPS能对物质内部进行多维度扫描，“HEPS运行的首要目标，就是提供高能、高亮度的硬X射线。”产生X射线的常见方式有两种：一是用加速后的电子轰击金属靶，产生X射线；二是在同步辐射装置中，当电子以接近光速的速度“飞行”时，会在磁场作用下发生曲线运动，沿着弯转轨道切线方向发射连续的电磁辐射。“这就像下雨时，我们快速转动雨伞，沿着雨伞边缘的切线方向会飞出一簇簇水珠。”董宇辉说，与常规X射线相比，同步辐射光源产生的同步辐射光频谱更宽、亮度更高、相干性和准直性更好。同步辐射光源根据加速器中电子的能量，可以分为低、中、高三种，各有侧重。董宇辉介绍，HEPS侧重于对微观结构及演变的多维度、实时、原位表征，可用于航空发动机单晶叶片等工程材料结构的多维度表征和1微米量级蛋白质分子结构演变表征等。“作为探测物质结构的探针，X射线的光源亮度是最为关键的指标——更高的亮度能将物质内部的微观结构‘看’得更清楚。因此，获得更高亮度的X射线源一直是科学家孜孜以求的目标。”多年来，我国持续发展同步辐射光源，有力支撑了国内基础科学的发展。但我国目前所拥有的同步辐射装置均处于中、低能区，能区地域分布、光谱亮度等还满足不了经济发展和国家战略需求。建设更高亮度的第四代高能同步辐射光源，成为潘卫民、董宇辉等我国当代“追光人”的一大愿望。2008年，HEPS科研团队就开始对我国建设HEPS的必要性和可行性进行论证。此后经过近十年攻关，科研人员成功完成关键技术攻关和样机研制任务，具备了建设先进高能同步辐射光源的能力。2019年6月，HEPS开工启动，建设周期6.5年，预计将于2025年12月底竣工。建成后，它将在材料科学、化学工程、能源环境、生物医学、航空航天等众多领域大显身手。2021年6月28日，HEPS首套科研设备——电子枪（直线加速器端头，即加速电子产生的源头）安装完成，标志着HEPS工程正式进入设备安装阶段。目前，HEPS各建筑单体已陆续交付设备安装。可以预见，3年后，全球“最亮”的光源将照亮微观世界物质的结构奥秘。（光明日报记者 张亚雄）HEPS效果图（人视图）HEPS效果图（白天）HEPS存储环周期单元mockup模型（HEPS-TF项目支持）

冻干产品在制药和生物制药行业越来越受重视。越来越多的制药公司利用冷冻干燥技术和生产工艺生产最终的药品，这种药品保质期长、稳定性强，减少了对运输和储存的限制。最近有报道称，现在40%以上的制药行业的研发和收入涉及生物制药。接近60%的生物制药（如酶、蛋白质和单克隆抗体）需要冻干以制成稳定的可以随时食用的剂型。麦克仪器TriStar II全自动比表面积分析仪、AutoPore IV全自动压汞仪、AccuPyc II 1340全自动真密度/开闭孔率分析仪是确定生物制药冻干滤饼完整性的必要工具。 冻干滤饼的结构，包括密度、总孔体积、孔径大小和表面积在生产过程中需要进行严格控制。在生产过程中的任何变化，如冻结温度、初级干燥温度或次级干燥温度都会影响冻干滤饼的物理和化学性质。三个被推荐或公布的最常测试的参数为外观、热性质和表面积。BET比表面积测量、压汞法和气体密度法为测量冻干产品提供了可见的、量化的解决方案。 通过气体吸附分析技术得到的BET表面积可用于确定优化产品性能和生产工艺的收缩率、塌陷和冷冻/干燥速率这些指标。冻干滤饼的内部结构可评估初级或者次级干燥过程中冻结速度、搁板温度或者压力设置等工艺条件。据文献显示，以蛋白质为基础的药品的物理化学活性和长期的稳定性与冰晶结构以及他们对表面积的影响有关。比表面积数据通过呈现固相的形态提供了滤饼结构和重组的重要信息。 压汞法可提供滤饼的内部结构信息。总孔体积和孔径分布与滤饼完整性和重组特性直接相关。孔径与表面积数据的相关性可以量化冷冻干燥过程中滤饼的收缩量，并确定最终干燥滤饼的孔隙大小。 TriStar II是基于成熟的静态气体吸附技术。这是一个完全自动化的三站分析仪，能够提高质量控制分析速度和效率，同时具有高精度、高分辨率和可进行数据处理的特点，满足大部分生产和研发需求。TriStar II可提供BET比表面数据，帮助预测冷冻干燥变化的影响以及加强过程控制措施，以防止滤饼塌陷。 麦克仪器AutoPore IV压汞仪利用汞浸入法来测定总孔体积、孔径分布、孔隙率、密度和密实度/压缩率。该仪器可收集极高分辨率的数据。它可以配备两个低压站和一个高压站或四个低压站和两个高压站以提高样品测试量。 AccuPyc II是一种高速、高精度的气体置换密度分析仪，可用于粉末、固体、泥浆的体积和密度测量。氦气测密度是测量真密度最可靠的技术之一。

2021年10月30日，科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技与中国分析测试协会高校分析测试分会合作，首次冠名设立的“赛默飞高校分析测试优秀青年人才奖”在线揭晓获奖名单。作为微纳结构分析室负责人和重庆大学分析测试中心的助理研究员，张斌博士凭借优秀的技术成果荣获赛默飞高校分析测试优秀青年人才奖二等奖。对此，仪器信息网走进重庆大学分析测试中心并特别视频采访了张斌。电子显微镜发明于上世纪30年代，距今已90年，电子显微镜有两大特点：第一是超强的空间分辨能力，可以达到纳米甚至原子尺度；第二个是强大的分析能力，可以分析一些化学成分、电子结构等。张斌从研究生起便开始了电子显微学的研究，主要从事相变存储材料、热电材料等功能材料的微结构研究。在此基础上，为了解决一些问题，投身开发一些新的显微学分析方法。这一路走来，丰富的研究经历奠定了他今后在电子显微学的研究方向：电子显微学方法的开发和应用，以及材料微结构与性能关系的解析。当谈及这次的获奖技术成果“基于透射电子显微分析的材料微结构定性/定量研究”时，张斌谦虚地表示，“获奖核心技术不能说是太好的一些成果，就是有一点点小的进步而已。”其中，图像分析、数据处理分析的技术最早被用于相变存储材料微结构研究中空位分布的解析，其主要利用图像上点阵的位置和强度来描绘空位可能的占据以及定量化的动态演变过程。去年张斌团队将这套方法加以改进，首次应用在原子尺度的构型解析实践上，并取得突破。另一个核心技术成果经典案例就是制样，在做显微学分析时，观测100纳米及以上的Cu5FeS4颗粒存在尺度太大的问题，通过超薄切片和引入酸刻蚀腐蚀等方法，张斌团队将其内部结构解析得更加清楚。正是通过这种制样方法，张斌团队发现了二十面体、五次孪晶结构和独到的核壳结构等一系列丰富的结构信息，对热电材料的性能提升带来很大帮助。科研技术的发展离不开仪器技术的发展。张斌表示，这些成果的取得离不开球差校正技术的突破和发展，因为大部分实验图像来源于赛默飞的球差校正电镜，所有的图像分析都是基于球差校正获得的HAADF图像，正是有了这些清晰的照片和先进的技术，才能获得更多的实验结果。采访最后，张斌向我们展示了他的“收藏品”——上万片承载研究观察样品的小铜环。这里的每一片铜环都代表着一个人一次研究的样品，张斌从电镜装好的那一天就开始把这些铜环收集到玻璃皿中，近4年的积累，如今铜环数量已达上万片。关于重庆大学分析测试中心重庆大学分析测试中心，于2014年正式挂牌成立，是面向学校和社会开放的校级仪器共享机构和学科交叉融合平台。2018年3月通过国家级实验资质认定，具备为社会提供公正、科学、准确数据的条件和资格，成为可提供具有法律效力检验检测报告的第三方检测基地。中心遵从源于需求、重在统筹、共建共享、优化资源、科学管理、高效运行的建设原则，致力于为校内科研工作的顺利开展提供高水平测试服务，同时也为重庆市高校、企业及科研院所自主创新能力的提升提供服务与支持。

介观尺度(10μm-1mm)的3D点阵结构为新应用领域提供了最佳的几何结构，例如轻质力学超材料、生物打印组织支架等。其周期性、多孔的内部结构为调谐3D点阵结构对力、热、电以及磁场的多功能响应提供了机会。借助这种结构优势，多材料3D点阵结构可用于实现器件的多功能性。由于传统微加工技术在复杂三维结构制造方面的局限性，而3D打印技术在制备复杂三维结构方面可较好的克服这一局限性。目前，研究人员基于挤压成型、立体光刻(SLA)等3D打印技术制备了金属点阵或者复合材料点阵实现结构的功能化。但是这些方法打印分辨率比较低，挤压成型制备的点阵需要高温烧结处理，工艺比较繁琐。面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术具有超高的精度，可以实现介观尺度3D聚合物点阵结构的制备。纳米薄膜可以利用表面驱动的静电对化学吸附和物理吸附的敏感性而被用于化学和生物传感领域。因此，基于PμSL技术，通过纳米薄膜与3D聚合物点阵结构的集成化可以实现介观尺度传感器件的制备。近日，美国达特茅斯学院William J. Scheideler课题组基于面投影微立体光刻(PμSL) 3D打印技术结合原子层沉积技术(ALD)制备了多功能3D电子传感器。该团队基于摩方精密(BMF)超高精度光固化3D打印机 microArch S240打印了3D点阵结构，结构表面光滑，有利于电子薄膜的均匀沉积(图1)。采用原子层沉积技术先在聚合物点阵表面低温沉积一层Al2O3晶种层，然后再均匀沉积一层导体(SnO2，ZnO : Al)和半导体(ZnO)的金属氧化物薄膜材料，从而实现3D打印聚合物到多功能3D电子器件的转变(图2)。其中，Al2O3晶种层可以促进导电薄膜在聚合物点阵表面的生长。图1. 基于PμSL 技术制备的3D导电点阵结构 图2. 金属氧化物在3D打印点阵结构上的生长图3. 金属氧化物包覆的3D打印八面体点阵的电学性能图4. 3D导电点阵结构的传感性能 3D导电点阵结构电学性能的测试表明金属氧化物薄膜厚度、3D网络结构以及生长温度等均可影响结构的导电性能；同2D结构相比，3D导电点阵结构具有更大的比表面积，为电流传导提供更多的平行通道，因此，该结构的导电性能明显增强。研究结果发现，八面体导电点阵具有高比表面积、高理论预测电导率和热导率，因此研究者将其用于多模态传感器进行传感性能的研究并进行验证。结果表明3D几何结构不仅提高了传感器的灵敏度，而且增强了传感器对化学、热以及机械刺激的响应。该研究成果表明3D导电点阵结构在植入式生物传感器、3D集成微机电系统等介观尺度器件方面具有巨大的应用潜力，以“Transforming 3D-printed mesostructures into multimodal sensors with nanoscale conductive metal oxides”为题发表在Cell Reports Physical Science上。原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100786官网：https://www.bmftec.cn/links/10

《RISE大招》有机材料分析篇来了！上期小编带大家了解了TESCAN RISE拉曼-电镜一体化系统在碳材料中的新应用，收获了很多老师们的关注。今天，继续带大家走进RISE有机材料分析，阅读完记得右上角点击分享喔?在扫描电镜分析中，有机物的分析一直是一个难题。现在随着电镜低电压的能力越来越强，已经能解决有机物的荷电以及电子束辐照损伤问题，对形貌的表征不再是难事。但是对有机物除形貌之外的分析依然是个难题，因为能谱的元素分析功能对有机物的表征起不了太大作用。而拉曼光谱是除了红外光谱以外，另一个可以很好地进行有机结构解析的表征手段。因此RISE拉曼-电镜一体化系统相比一般的SEM系统，对有机物的分析能力就有了极大的拓展。有机物的结构分析主要是碳骨架结构和特殊官能团的解析。碳结构的表征在上期已经详述，是拉曼最为优势的领域之一；而特殊官能团也可通过其对应的拉曼指纹峰来进行指示。不同特殊官能团对应不同拉曼指纹峰有机材料的分析如下图，试样为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)的共混膜。如果是用传统电镜观察，可以凭借经验，根据形貌来大致区分两者，但是这仅仅是依靠经验判断，并无有效的证据。除此之外，EDS等附件并不能确切的给出区分两相的有力数据。而用RISE分析却有了明显的进步，在观察到的区域可以进行拉曼光谱面扫描。PMMA和PS虽然都是有机材料，不过碳骨架结构和部分官能团的结构却有着较大的差异。PMMA化学式是-[CH2C(CH3)(COOCH3)]n-，PS为(C8H8) n。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚苯乙烯(PS)的化学结构式PMMA有特征的C=O结构、CH3伸缩振动，而PS有特征的苯环的环呼吸振动、苯环内碳原子的非对称振动、苯环C-H的伸缩振动。这些振动对应的拉曼峰分别位于1727cm-1、2951cm-1、1000cm-1、1600cm-1、3052cm-1，这些峰即可作为两项的特征峰轻易的将两项进行区分。通过拉曼特征峰轻易区分PMMA和PS此外，很多有机物都有特征性的骨架结构和官能团，这些均可作为拉曼光谱的特征峰用RISE进行分析。有机物中特征骨架结构和官能团对应特征拉曼峰再比如，RISE也可轻易区分下图有机物中的聚羟基丁酸酯(红色)和聚乳酸(蓝色)。通过拉曼特征峰区分聚羟基丁酸酯(红色)和聚乳酸(蓝色)生命科学的分析在生命科学研究领域中也经常需要用到扫描电镜，尤其是染色的细胞切片组织通过扫描电镜观察，可以通过形貌衬度判断细胞内部结构。然而除了形貌照片之外，没有更多的分析数据也困扰着这一类方向的研究。然而RISE技术仍可以在此基础上进行进一步的拓展，很多生命试样的特征结构也都有特征的物质组成，比如特征的蛋白、脂类等等，还是可以由特征的有机物及其对应的特征拉曼光谱作为指纹标记。如下图，可以将细胞切片组织在形貌的基础上进行RISE表征，进一步区分出细胞核、细胞间隙和高浓度磷脂。通过RISE技术表征细胞切片组织中不同物质再比如下图，试样为眼虫细胞。在获得SEM图像之后再通过拉曼光谱获得RISE图像，可以进一步分析出其中的叶绿体、蛋白质、细胞核、副淀粉等物质。眼虫细胞中不同物质的RISE表征分析医工交叉目前学科交叉是科学研究的发展趋势，其中医工交叉也是备受关注的方向。医工交叉的科学研究中有大量的新材料和仿生材料，这也是仅靠传统SEM系统无法完全表征清楚的。而RISE系统在这方面就大有了用武之地。如下图，某仿生材料，用户除了关心其形貌特征外，也关心其中的胶原和矿化胶原的分布。其特征峰主要在627cm-1、1601cm-1，其特征峰强度分布如图，除此之外还有420-460cm-1、2938-2941cm-1等其他特征峰，可以进行更加细微结构的判断。最终得到了胶原和矿化胶原，以及细微结构不同的(矿化)胶原的分布图和电镜形貌混合的RISE图像。仿生材料中胶原及不同细微结构的矿化胶原分布分析 食品安全食品安全及其相关领域已经成为大众非常关心的问题以及检测领域遇到的新问题，比如三聚氰胺奶粉、苏丹红等问题。然后可惜的是在食品安全及相关领域，用户更关系的是化学结构分析而非形貌和元素成分，因此扫描电镜很难在此领域的检测上发挥作用。如下图，某品牌婴儿奶粉，对其中部分区域进行RISE成像，发现其中的空气液泡、脂类、磷酸、胡萝卜素、蛋白质、胆固醇、甘油三酯等物质的分别。婴儿奶粉中不同物质的RISE表征分析RISE拉曼-电镜一体化系统相比一般的扫描电镜系统，对有机物的分析能力有了极大的拓展，通过有机物的碳骨架结构和特殊官能团对应的拉曼指纹峰来进行指示，结合形貌表征，从而实现对于有机材料的结构解析。更多应用案例，请继续关注我们的专题分享。《RISE大招》系列下期将带大家开启RISE二维材料分析 关于TESCANTESCAN发源于全球最大的电镜制造基地-捷克Brno，是电子显微镜及聚焦离子束系统领域全球知名的跨国公司，有超过60年的电子显微镜研发和制造历史，是扫描电子显微镜与拉曼光谱仪联用技术、聚焦离子束与飞行时间质谱仪联用技术以及氙等离子聚焦离子束技术的开拓者，也是行业领域的技术领导者。关注TESCAN新微信“TESCAN公司”，更多精彩资讯↓ 观看RISE分析全系列，请戳：“拉曼-电镜-能谱 +”，SEM Plus带你玩转无机材料分析“高碳材料带来低碳生活，TESCAN带你了解 “神器”的神奇

超高分子量嵌段共聚物自组装的挑战 嵌段共聚物（BCPs）是一种特殊材料，具有两个或以上化学上不同的单体单元形成不连续的高分子嵌段，转而又以共价键连接在一起。在融化相，这些材料组成嵌段之间的热力学不相容造成微相分离。这导致了周期性纳米材料（四种常见结构见图1）的形成，它们的形态可以通过改变分子组成来控制，而它们的尺寸和周期性则由分子量的变化来决定。它们的结构和组成多样性提供了获得多种表面纳米结构的可能性，这些表面纳米结构可用于大量应用，例如纳米电子学、抗反射涂层、光学活性表面化学传感器或药物输送。图1. 四种基本共聚物结构。 对于使用可见光的光电应用，需要具有横向周期性大于150nm的BCPs。因此，出现了一种子类材料，叫做超高分子量（UHMW）嵌段共聚物。长链聚合物的高度缠结特性形成了这些BCPs，但是却引起了自组装过程的其他问题。尤其是相分离的缓慢开始使得近乎所有过程都不适合工业应用。近期，一组来自都柏林大学、波尔多大学和谢菲尔德大学的研究人员提出了UHMW BCPs(800kg/mol)的超快自组装的方法，在气相溶剂退火法（SVA）阶段利用可控的溶胀动力学，从而退火时间与平常数小时或数天相比将缩短到分钟。在他们的研究工作中，证明了通过快速并控制使膜膨胀到非常高的溶剂浓度，有可能在10分钟内诱导UHMW poly(styrene)-b-poly-2-vinylpyridine (PS-b-P2VP)系统的相分离。为了得到这个结果，大量研究了干膜厚度、聚合物膜内溶剂浓度、溶胀时间和速率对BCP膜的形态和结构演化的影响。GISAXS测试揭示了溶剂浓度对UHMW嵌段共聚物结构的影响 具有高分子量体系的长聚合物链在干膜中显示有较高的链缠结。已知UHMW BCP的聚合物流动性是高度依赖于溶胀比的，那在SVA过程中通过向BCP膜中加入相对中性的溶剂是有可能解决这一问题的。这样溶剂的分子将在两个嵌段之间产生屏蔽作用，从而减少聚合物之间的相互作用。在上述研究中，选用了氯仿和四氢呋喃（THF）的混合物作为退火溶剂。 随后用掠入射小角X射线散射（GISAXS）研究166nm的BCP膜在宏观区域上随溶剂浓度变化的形态演变。与透射模式下的SAXS实验相比，掠入射模式（X射线光束在样品表面反射）转变成了表面敏感探测技术，在大表面区域上分析材料的结构且无需额外的样品制备。如图1所观察到的，通过GISAXS测试随着溶剂浓度的增加，内部结构发生了明显的变化。铸膜样品只出现微弱的散射点，表明表面主要是无序的胶束结构。随着溶剂浓度的增加，从GISAXS散射图谱上明显看出，ϕs~0.80以下，BCP链仍处于缠结状态而无法自组装成界限清晰的微区。只有在浓度等于或高于0.8时，有序垂直层状形态才开始逐步形成。使用散射峰的位置，计算结构在ϕs = 0.83和ϕs = 0.86的平面域间距分别是（~ 184 nm）和（~ 191 nm）,而一旦溶剂浓度的值达到0.88结构会失序。图2.（a-h）二维GISAXS散射数据。8个图中显示PS-B-P2VP膜的形态随退火溶剂浓度ϕs的变化而变化。（i）在每个样品的Yoneda位置的1DGISAXS图像。强度分布显示为一阶散射峰，二阶散射峰分别用红色和蓝色表示为1和2。 铸膜（在没有溶剂的情况下测试）出现一个弱散射峰，用绿色表示为m。 通过AFM分析对这些值进行了进一步的证实，并且典型的FIB/SEM实验结果证明层状结构在整个膜上的延伸。为了证明BPC结构的传输能力，自组装膜也被用作模板制备金属氧化物纳米结构。这些材料也被进一步用作硬膜，来生产统一的高宽比硅纳米壁结构（高500nm，间距190nm）。 这一研究工作为超高分子量嵌段共聚物在工业适用的时间内通过高精度气相退火进行自组装的可行性奠定了基础。在大约10分钟的时间内实现了相分离，产生了间距超过190nm的层状特征。在整个过程中，GISAXS测量与其他探测技术共同用于控制过程的效率并评估不同参数的影响。

为了确保深圳市华测检测技术股份有限公司(以下简称“公司”)的内部控制制度得到有效执行，不断完善公司管理体系，提高风险防范能力，保护投资者的合法权益，保证公司经营管理目标的实现，根据《公司法》、《证券法》、《深圳证券交易所创业板上市公司规范运作指引》、《企业内部控制基本规范》等有关法律法规的规定，内部审计部对本公司内部控制执行情况进行了审计，在查阅公司各项管理制度及控制文件、了解各职能部门在内部控制方面所做工作的基础上，内审部通过实地走访的方式对本公司内部控制的合理性、完整性及实施有效性进行了评估。现对公司内部控制自我评价报告如下。　　一、公司基本情况　　2009 年 9 月，经中国证券监督管理委员会以证监许可[2009]1005 号文核准，公司公开发行 2，100 万股人民币普通股股票，发行价格为 25.78 元/股。其中网下向配售对象发行 420 万股，网上资金申购定价发行 1，680 万股，网下与网上发行均已于 2009 年 10 月 13 日成功发行。经深圳证券交易所深证上[2009]121 号文同意，公司发行的人民币普通股股票在深圳证券交易所创业板上市，股票简称“华测检测”，股票代码“300012”，公司总股本变更为 8，177 万股。报告期内公司根据2009年度股东大会审议通过的《2009年度利润分配及资本公积转增股本》的议案，以2009年12月31日总股本81，770，000为基数，按每10股派发现金股利人民币5元(含税)，共计40，885，000元 以资本公积金转增股本，以现有总股本81，770，000股为基数，向全体股东每10股转增5股，合计转增股本40，885，000股。上述分配方案已于2010年4月22日实施完毕，公司总股本由81，770，000股变更为122，655，000股。公司经营范围：计量仪器与设备的技术咨询 电子安全电磁兼容技术开发 电子元器件和仪器的销售(以上不含国家限制项目和专营、专控、专卖商品) 实验室检测(取得合格证后方可经营) 安全技术咨询(不含国家限制项目) 国内贸易(不含专营、专控、专卖商品) 经营进出口业务(法律、行政法规、国务院决定禁止的项目除外，限制的项目须取得许可后方可经营) 环保咨询服务 电网、信息系统电磁辐射控制技术开发(不含限制项目) 检测、校准仪器与设备的生产。　　二、公司建立内部控制的目的和遵循的原则　　公司自 2009 年 10 月在创业板成功上市以来，一直致力于内部控制制度的不断完善和有效实施，目前内部控制制度的各项控制措施已经落实到公司各个职能部门及相关责任人，已基本形成规范的管理体系。　　(一)、公司建立内部控制的目的 ：　　1、建立和完善符合现代管理要求的内部组织结构，形成科学的决策机制、执行机制和监督机制，保证公司经营管理目标的实现 　　2、建立行之有效的风险控制系统，强化风险管理，保证公司各项业务活动的健康运行 　　3、建立良好的公司内部经营环境，防止并及时发现、纠正各种错误、舞弊行为，保护公司财产的安全、完整，保证股东利益的最大化 　　4、确保国家有关法律法规和规章制度及公司内部控制制度的贯彻执行。　　(二)、公司建立内部控制制度遵循的原则　　1、合法性原则。内部控制应当符合法律、行政法规的规定和有关政府监管部门的监管要求。　　2、全面性原则。内部控制应贯穿决策、执行和监督全过程，覆盖公司及子公司的各种业务和事项。　　3、重要性原则。内部控制应在全面控制的基础上，关注重要业务事项和高风险领域，确保不存在重大缺陷。　　4、有效性原则。内控制度应能够为内部控制目标的实现提供合理保证。内部控制建立和实施过程中存在的问题应当能够得到及时地纠正和处理。　　5、制衡性原则。内部控制应在治理结构、机构设置及权责分配、业务流程等方面形成相互制约、相互监督，同时兼顾运营效率。　　6、适应性原则。内部控制应与公司经营规模、业务范围、竞争状况和风险水平等相适应，并随着情况的变化及时加以调整。　　7、成本效益原则。内部控制应当权衡实施成本与预期效益，以适当的成本实现有效控制。　　三、公司内部控制体系　　(一)、内部环境　　1、公司治理与组织结构　　公司按照《公司法》、《证券法》和有关监管要求及《公司章程》，设立了董事会、监事会及董事会各专业委员会。根据公司所处行业的业务特点，公司建立了与目前规模及近期战略相匹配的组织架构，公司内部建立了职权清晰的分工与报告机制，形成了互相牵制、相互制约和监督的运作流程，建立了公司规范运作的内部控制环境。2010 年度，公司对组织结构进行了进一步优化，公司根据发展目标对组织结构进行了调整，使之与业务更加适应。　　2010 年度，公司组织部分董事参加了参加深圳证监局组织的董事培训，进一步强化和提高了董事、监事、高级管理人员对规范运作和诚信意识的认识和理解，牢固树立公司规范化运作的理念。　　2、内部审计　　公司董事会下设审计委员会，并设立了直接对审计委员会负责的内部审计部并配备专门审计人员。公司内部审计部直接对审计委员会负责，在审计委员会的直接领导下，依法独立开展内部审计、督查公司，行使审计职权，不受其他部门和个人的干涉。截至 2010 年 12 月末，审计部配备了负责人一名，专职审计人员三名，负责对公司及下属子公司的经营管理、财务状况、内控执行等情况进行内部审计，对其经济效益的真实性、合理性、合法性作出合理评价。各相关部门及下属子公司对审计部的工作均必须进行支持和配合。2010 年度，内审部在审计委员会指导下独立开展了经济合同项目审计和关于募集资金使用情况的内部审计工作。　　3、人力资源及企业文化　　公司秉承人才战略，注重人才的选择、培训、激励。制订了一套科学合理的考核制度，对员工的职责履行情况、工作能力、对企业文化的认可等方面进行全面、分级考核。公司紧紧围绕以“诚信、专业、团队、服务、成长”为企业价值观的企业文化体系，人力资源部通过培训、开展各类企业文化活动等方式，使公司的企业文化深入人心，为公司的长远发展，强化核心竞争力奠定了思想基础。2010 年，公司修订了《员工手册》，该手册规范了员工行为准则和“诚信、专业、团队、服务、成长”的核心价值观，同时对员工的薪酬福利等其他政策进行了详细的阐述。2010 年学习发展部通过发行《华测时代》等内部刊物和采取对员工进行培训的方式在公司内部对员工进行企业文化的宣传工作。　　(二)、控制活动　　1、内部控制制度的修订　　2010 年度，公司相关部门根据业务发展的需要，在原有制度的基础上修订了部分管理制度，例如：财务部修订了《会计核算制度》、《财务报销制度》、《应收账款管理制度》、为了加强对控股子公司的管控，制定了《华测先越财务结算细则》。采购部为了规范并有效控制对供应品的采购，确保检测和校准质量的可靠，修订了《采购申请流程》。为了规范公司各类报告/证书在制作完成后的发放流程、提交方式和备份要求，确保报告/证书能够满足相关方追溯性要求，体系管理部修订了《报告/证书备份管理制度》。　　2、组织实施的内控事项　　①、控股子公司的控制　　随着公司业务的不断发展，公司子公司的数量及业务规模也呈现出不断增长趋势，对子公司的管控也成为公司内部控制的重要环节，目前公司主要通过制定制度(《参股公司管理办法》)和实行委派高级管理人员并行的方式对控股子公司进行协调、监督与管控。内审部也会跟进对控股子公司的财务收支审计，以加强控股子公司的财务管理，报告期内内审部组织实施了对鹏程认证公司的财务收支审计。　　②、信息披露的内部控制　　根据《信息披露制度》的要求，2010 年公司分别对股东大会、董事会、监事会等会议内容以及其他应及时披露的信息在制定网站与报刊上及时进行了发布。　　③、募集资金的控制　　报告期内内审部根据《募集资金管理制度》的要求，对公司募投资金的存储、使用、变更等事项进行了审计，期间出具了内审部报告，提出了内审意见，认为公司对募集资金的管控是有效的。　　④、重大投资的内部控制　　根据公司制定的《投资决策程序与规则》，报告期内经过董事会和股东大会的审议后通过了《关于使用节余募集资金投资华测临床前 CRO 研究基地项目的议案》(详见公告编号 2010-047)，经过董事会审议通过了《关于使用募集资金收购深圳鹏程国际认证有限公司之部分股权的议案》(详见公告编号 2010-039)。　　⑤、信息安全风险评估　　报告期内公司按照《信息安全风险管理程序》的要求，运用《信息安全风险管理软件 Info-Riskmanager》对公司的信息安全进行了一次风险评估，本次风险评估同时为 ISMS 策划提供依据，为确定信息安全管理要求提供依据，为选择信息安全控制目标和控制措施提供依据。ISO27001 信息安全管理体系建立后，将能有效保证公司数据传递的安全，降低机密数据流失的风险。　　⑥、质量控制　　报告期内公司管理部门根据公司制定的《管理手册》、 质量目标管理办法》、《质量考核管理办法》、《质量审查管理办法》等管理办法定期或不定期对实验室进行质量检查，检查期间针对实验室的管理提出了管理建议，明确了相关责任，以确保实验室检测质量的稳定。　　⑦、关联交易及对外担保　　根据公司制定的《关联交易决策制度》和《对外担保管理办法》，内审部也对公司的重大关联交易事项以及对外担保事项进行了审计，在查阅相关财务资料和对有关人员进行访谈后认定 2010 年度公司不存在违反以上制度的事项。　　四、报告期内内部控制过程中存在的不足及拟采取的改进方法　　报告期内，公司通过自查及内部审计等手段，发现了内部控制方面存在的一些不足，公司计划在 2011 年针对这些问题加以改进，具体问题如下：　　1、目前所使用的财务系统已不能满足公司日常经营和管理需求，公司于2010 年购买了新的财务系统并进行应用开发，目前开发工作已基本完成，进入试运行阶段，预计 2011 年可完全替代原有系统。财务系统更新后，将大大提高公司的财务工作效率，提升公司的财务控制能力。　　2、2010 年内审部对公司经济合同进行专项审计时发现，公司各产品线与客户签订的销售合同格式多样，且没有统一的管理模式，给公司经营造成了潜在的风险。公司发现该问题后，已将相关情况反馈给各个部门，并召开了多次会议，在听取各部门意见的基础上达成共识，力争将在 2011 年形成公司统一的销售合同签订及管理规范，并贯彻执行下去。另外随着公司业务量的增长，经营环境的变化，难免会出现一些内部控制方面的不足，公司的发展与管理的不断深化，也会对公司内部控制体系提出更高的要求。公司将继续完善内部控制体系以适应国家法律法规的要求和公司不断发展的需要，确保公司在规范的体制下持续稳定地发展，为此公司将在以下几方面　　完善内部控制体系：　　1、不断学习国家监管部门出台的各项文件、法律、法规，及时根据出台的法律、法规的要求完善公司制定的内部控制体系。　　2、在各职能部门中不断宣传学习内部控制体系，以保证内部控制体系得到有效执行。　　3、充分发挥内审部的监督职能，加强内部审计力度。　　五、公司内部控制情况的自我评价　　公司建立了较为完善的内部控制体系，能够符合国家法律、法规的要求，能够适应公司的管理需要，各项内部控制制度均得到了有效实施，达到了控制和防范经营管理风险的目的、保护了投资者的合法权益，能够促使公司健康、稳定地发展。随着国家改革的不断深入，各项法律、法规的不断完善，公司制定的内部控制体系也会在现有基础上进行相应调整，使其适应公司日益发展的管理需要，符合国家各项法律法规制度的要求。综上，公司认为根据《企业内部控制基本规范》及相关规定，本公司内部控制于 2010 年 12 月 31 日在所有重大方面是有效的。　　深圳市华测检测技术股份有限公司　　2010 年 3 月 25 日

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）

引言自W. C. R?ntgen于1895年发现X射线以来，X射线应用技术得到了长足发展，包括X射线衍射、吸收、散射、荧光及光电子谱学等（图1a）。其中Maurice de Broglie在1913年次测到了X射线吸收边, 1920年Friche和Hertz次发现了X射线精细结构(X-ray absorption fine structure)，但直到上世纪七十年代Sayers、Stern和Lytle开创性地通过傅里叶变换从X射线吸收谱中得到了详细结构参数，短程有序理论（SRO）才被人们所广泛接受。随着同步辐射光源（Synchrotron X-ray light sources）的大量应用，XAFS技术（图1b，包含XANES（X-ray absorption near-edge structure）和EXFAS (Extended X-ray absorption fine structure )）才逐渐发展成为一种非常实用的结构分析方法。由于XAFS对中心吸收原子的局域结构（尤其是在0.1 nm范围内）及其化学环境十分敏感，因而可以在原子尺度上给出某一特征原子周围几个临近配位壳层的结构信息，包括配位原子种类及其与中心原子的距离，配位数，无序度等，被广泛应用于物理，化学，材料，生物和环境科学等领域，解决了一系列重大科学问题。 图1. x射线应用技术概括及XAFS技术分类 然而，由于XAFS技术通常依赖于同步辐射x射线光源, 而其不像其他设施容易被大众所获得，大地限制了XAFS技术在各领域的大范围应用。近年来实验室用台式xafs谱仪的出现，使得在实验室日常使用XAFS技术进行材料的精细结构分析成为了可能。2013年台实验室用台式XAFS谱仪诞生于美国华盛顿大学物理系gerald t. seidler教授课题组，并于2015年成立了easyXAFS公司，致力于实验室用台式XAFS谱仪在全球的推广和应用。台式XAFS谱仪采用了有的x射线单色器设计，无需使用同步辐射光源，在常规的实验室环境中即可实现X射线吸收精细结构的测量和分析，以高的灵敏度和光源质量，得到了可以媲美同步辐射水平的x射线吸收谱图，实现对元素的定性和定量分析，价态分析，配位结构解析等。工作原理美国easyxafs公司的台式XAFS/XES谱仪其工作原理如图2a所示，光路图为：X射线源---球面弯曲晶体(sbca)---X射线探测器（SDD）。其特有的罗兰环单色器工作原理如图2b所示，x射线源和SDD探测器均设有滑动杆，在x射线照射过程中，两者可以随之进行滑动调节，其中满足布拉格方程的单色x射线被sbca重新汇聚于罗兰环的另一点，并被x射线探测器检测和收集, 从而获得不同能量的单色x射线。 图2. （a）xafs/xes谱仪光路图；（b）罗兰环单色器工作原理图产品特点美国easyXAFS公司的台式XAFS/XES谱仪具有以下特点：1. 台式设计，可以在实验室内随时满足日常使用（如图3） 图3. 台式实验室用XAFS/XES谱仪实物图 2. labview软件脚本控制，附带7位自动样品轮, 可以同时进行多个样品或样品参数条件下的测试 （如图4） 图4. 台式实验室用XAFS/XES谱仪内部结构图及7位自动样品轮图 3. 可集成辅助设备，控制样品条件，适用于对空气敏感的样品的检测或一些原位测试，如原位的锂电池或电催化实验测试，监测电/催化材料的结构变化（如图5） 图5. 手套箱内集成的台式实验室用XAFS/XES谱仪实物图 4. 台式XAFS/XES谱仪具有XAFS和XES两种工作模式，可快速切换，满足不同科研试验需求（如图6所示） 图6. 台式xafs/xes谱仪（a）XAFS及（b）XES工作实物及光路示意图（插图） 5. 台式XAFS/XES谱仪测得的谱图效果可以媲美同步辐射数据，如图7所示，其测得的Ni元素的EXAFS， Ce和U元素的L3-edge的XANES谱图数据与同步辐射光源谱图效果完全一致 图7. 台式xafs/xes谱仪与同步辐射光源测得的（a, b）Ni EXAFS, （c） Ce和U L3-edge的XANES谱图数据对比 6. 多种型号和配置可选，满足不同科研要求 7. 操作便捷，维护成本低，安全可靠应用解析美国easyXAFS公司的台式XAFS/XES谱仪已在全球拥有众多的用户，应用领域包括材料、化学、催化、能源和环境等等，相关成果发表在j. am. chem. soc., j. phys. chem. c, chem. mater., anal. chem.等重要期刊。相关案例如下：1. 化合物价态分析美国华盛顿大学化学系的brandi m. cossairt课题组使用easyxafs公司实验室台式xafs谱仪对溶液相合成的金属磷化物产物的Co元素进行k边xanes谱图分析（图8），十分便捷地获得了合成产物的价态信息，通过与标准样品谱图对比，十分准确快捷的对合成产物的物相组成（CoP或Co2P）给出了鉴别，与其他方法获得的信息高度一致，如XRD, NMR等。 图8. 金属磷化物的（a）合成机理图，（b）透射电镜TEM照片，（c）不同Co化合物的x射线衍射谱以及（d）台式XAFS/XES谱仪测得的不同化合物的Co K-edge XANES谱图 除此之外，X射线发射谱（xes，x-ray emission spectroscopy）, 又可称为波长色散x射线荧光谱（wdxrf，wavelength dispersive x-ray fluorescence spectroscopy），通过对特定元素内层电子受激发后外层电子弛豫过程中发射的x射线荧光能量和强度进行分析，也可以的给出分析原子的氧化态，自旋态，共价，质子化状态，配体环境等信息。由于不依赖于同步辐射，且得益于特有的单色器设计，可以在实验室内实现高分辨宽角高通量的xes元素分析（包括p, s, v，zn, cr, ni, as, u, etc. ）。如图9所示，通过对不同化合物中p元素的特征kα和kβ轨道能的xes谱图进行定性和定量，可以方便的得到inp量子点中的p元素价态及表面缺陷信息，相比于NMR等技术更加简单方便。其他的实例（如图10）还包括使用特征s元素的 kα XES谱图对不同生物炭中的低含量s元素进行不同价态(氧化态)的定性定量分析,V, As, U和Zn的特征XES谱图，和通过Cr元素特征Kα XES对塑料中重金属铬元素的价态进行分析等等。图9. 通过台式XAFS/XES谱仪测得的P元素特征Kα和Kβ轨道能的XES谱图对InP量子点表面缺陷进行定性和定量分析 图10. 通过台式XAFS/XES谱仪测得的Cr, V, As, U, Zn和S的特征Kα或Kβ轨道能的XES谱图对化学物种元素的价态进行定性和定量分析2. 电池材料价态分析XAFS技术在电池材料，尤其是正材料，在充放电过程中化学态的分析，有着重要的意义，可以帮助科学家们了解电材料的制备过程，电池组装，运行条件等因素对其化学态的影响，有利于人们更深入地了解电池的工作原理，优化电池结构的设计。如图11所示，采用easyXAFS公司生产的台式XAFS/XES谱仪，科学家们能够方便的通过XANES技术对一系列电材料的化学态进行分析，包括充电和放电态，如LiCoO2, VOPO4, NMC（镍锰钴三元电材料）等等。图11. 通过台式XAFS/XES谱仪的不同材料中特定元素的XANES或Kα轨道能的XES谱图来对化学物种元素（Co, V, Ni, etc.）的价态进行定性和定量分析3. 原位电池/催化测试近年来原位测试技术越来越受到大家的关注，对不同物理化学过程中材料的物理化学性能进行原位的表征，更加深入的获得材料的实时结构信息。美国easyXAFS公司的台式XAFS/XES谱仪为原位进行样品目标原子的近邻化学结构信息表征提供了可能。如图12所示，通过对锂电池正材料LiNixMnyCo1-x-yO2在不同充放电状态下的XANES谱图进行分析，可以很方便的得到在不同充放电状态下不同金属元素Ni, Mn和Co的价态信息，为进一步电池材料和结构的优化提供重要的实验依据。 图12. LiNixMnyCo1-x-yO2的化学结构示意图以及通过台式XAFS/XES谱仪测得的金属Co, Mn和Ni在不同充放电状态下的XANES谱图 【参考文献】[1] G. T. Seidler, D. R. Mortensen, et.al., A laboratory-based hard x-ray monochromator for high-resolution x-ray emission spectroscopy and x-ray absorption near edge structure measurements. Rev. Sci. Instrum. 2014, 85, 113906.[2] S. K. Padamati, W. R. Browne, et.al., Transient Formation and Reactivity of a High-Valent Nickel(IV) Oxido Complex, J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 8718-8724.[3] M. E. Mundy, B. M. Cossairt, et.al., Aminophosphines as Versatile Precursors for the Synthesis of Metal Phosphide Nanocrystals, Chem. Mater. 2018, 30, 5373-5379.[4] E. P. Jahrman, J. R. Sieber, et.al., Determination of Hexavalent Chromium Fractions in Plastics Using Laboratory-Based, High-Resolution X-ray Emission Spectroscopy, Anal. Chem., 2018, 90, 6587-6593.[5] W. M. Holden, S. Cheah, et.al., Sulfur Speciation in Biochars by Very High Resolution Benchtop Kα X-ray Emission Spectroscopy, J. Phys. Chem. A, 2018, 122, 5153-5161.[6] J. L. Stein, B. M. Cossairt, et.al., Probing Surface Defects of InP Quantum Dots Using Phosphorus Kα and Kβ X-ray Emission Spectroscopy, Chem. Mater. 2018, 30, 6377-6388.[7] R. Bès, K. Kvashnina, et al., Laboratory-scale X-ray absorption spectroscopy approach for actinide research: Experiment at the uranium L3-edge, J. Nucl. Mater. 2018, 507, 50-53.[8] E. P. Jahrman, G. T. Seidler, An Improved Laboratory-Based XAFS and XES Spectrometer for Analytical Applications in Materials Chemistry Research. Rev. Sci. Instrum., 2019, 90, 024106.

一、X 射线探伤技术在文物考古中应用的原理X 射线探伤技术，是利用射线透过物体时，发生吸收和散射这一特性，通过测量材料中因缺陷存在影响射线的吸收来探测缺陷的一种技术。根据底片上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样，就可判断出缺陷的种类、数量、大小等，这就是射线照相探伤的原理，也称 X 射线照相技术。在考古学中运用 X 射线照相技术，就是利用 X 射线照相方法所具有不损坏器物的特性，而且，具有高穿透能力的电磁辐射 X 射线。在文物保护工作中单一的利用数码照片，只能对器物表面及形的一些信息进行了解，锈层底部及器物的内部的信息无法知晓，X 射线照相技术就能很好地解决这一问题。从另一个角度上讲，X 射线照相技术实际是一种“转换”技术，是把用肉眼直接观察不到的信息，变成“可识信息”，以反应物体内部的形貌特征，或者是物体内部结构特征。通过记录在 X 射线照片物体透视影像的丰富信息及其特征，来判断文物内部结构特征，或者相关的其他特征，如文物保存状况、前修复痕迹、相关其历史艺术信息，相关器物制作工艺特点等。现在，X 射线探伤技术已经成熟地应用于文物保护修复及古代技术研究中。运用此种设备进行文物相关研究比较广泛。X 射线是借助荧光屏显像的一种成像技术，具有穿透和荧光两个作用。X 射线照相是借助各种摄影装置，利用 X 射线的吸收、穿透和感光等作用。将被检客体的影像记录在与 X 射线仪连接的电脑相应的程序中。传统光学成像方式与 X 射线平面成像有些差异，传统的光学成像，不管模拟成像或数字成像，均使用光学透镜，波长范围为紫外线、可见光和近红外线。X 射线平面成像不用光学透镜成像。而是利用射线的直线传播，穿透物体，在物体背后放置 X 射线感光片将影像记录下来。X 射线平面成像与光学成像相比，除了不用镜头外，最主要的是记录的信息并不相同。二、X 射线照相技术在文物考古和绘图方面的应用实例文物具有不可再生性，在修复文物前，用 X 光照相方法能反应文物保存现状，通过这种无损分析结合文物的保存状况更利于文物保护与研究1. 在文物考古方面的应用X 射线照片作为光源的一种照相方法，利用具有高穿透能力的电磁辐射 X 光，在不破坏“研究对象”的情况下，对其内部形态进行探测来反应物体内部结构特征的一种无损检测方法。不同材质的文物，由于非均质特征，各个部位对 X 射线能量的吸收明显不同。能够显示铁器表层的锈蚀深度，能够了解器物的内部形貌特征。 现代文物保护修复，不仅是把破碎的文物复原，把受自然力侵蚀的文物寿命延长，而是对其历史价值、艺术价值的一个重新“发掘”、认识和评价的过程。文物在锈蚀或损坏得比较严重的情况下，对其修复保护操作前，没有详细的了解器物的现状，直接进行操作很可能对文物造成损伤甚至破坏，相关的历史和艺术信息将永远的消失，并且对文物研究也会有极大的影响，造成无法弥补的遗憾。下面结合铁牌饰、铁饰件、铁称砣数码相片与X 射线照片的对比图片，可以细致地了解器物纹样与图案。 图2 为铁牌饰的 X 射线照片，从片中看到的是一件非常生动的艺术品，没有任何损伤拼接痕迹，轮廓立体感强，人、马的轮廓线及人体五官和头部也非常清楚，马的线条也很清晰，马身上的饰物、缰绳、马鞍、弓弦、缨、鞦带等细微之处都清晰地呈现出来。马的五官、尾部、四蹄的外轮廓与真实马的形态相像，从马的尾巴及身体上的饰物上看去，动感很强。整体上看去好似一人悠闲地在马背上吹着音乐，而马听着美妙的乐声慢步行走，很陶醉的样子。铁饰件的数码片中，只能看到表面厚厚的锈层，锈层下的任何信息都显示不出来。这次在文物保护的过程中，我们利用 X 射线照技术，详细的对器物进行了解，发现锈层下的有粗细不均线条组合成生动的图案，而且固定在铁饰件边缘的两个片状铁片及与铆钉相接的结构也能清晰地看到。这个信息的解读对于保护研究方面与保护工作的操作方面以及考古研究工作的开展有着非常重要的价值，也同时要求文物保护人员在进行保护工作时要特别小心，如果不小心就会伤及器物的花纹。所以在保护操作工作中，一边对照 X 射线图片，一边小心谨慎进行保护操作，结果器物花纹没有受到一丝的伤害，同时也说明器物得到了成功的保护。秤砣虽锈迹斑斑，却保存尚好。器表 1 面刻有凹槽（图 5），另一面无任何纹饰。经 X 射线照相，想进一步对其进行了解。结果很遗憾，在 X 射线片上除有一些白点外（图 6），只能看到一块加工规整的铁块，没有显现出任何套接及修复痕迹，说明这件器物是一次成形的实心器物。在器物中心部位有若干大小不等的小圆点，我们认为此物应是在制作器物时产生的气泡而形成。器物表面刻的凹槽在 X 射线片中没有任何体现，我们也无法辨别记录的是什么文字，这种结果的出现主要是由于器物太厚，器物上所刻文字的凹槽太浅所致。反而在数码片中，这种实心器物用数码片的效果反而要比 X 射线片好一些，表面信息虽然不是很清晰，还可以看到大致的轮廓。2. 在考古绘图中的应用出土文物是研究者对遗址的文化进行判定的重要依据。器物图是对器物进行平面展示的平台，绘图是编写考古报告中的一项不可缺少的基本工作，也是进一步研究器物相关工艺的基础。目前的考古绘图，是完全使用手工测量，可直接测量的部分，在图中可以准确绘出其结构与大小，而一些无法测量的部位，尤其在绘器物的剖面图、内部结构及加工工艺和器物厚度是无法准确测量的，也只能估测，这样会影响考古报告的读者对器物内部结构的认知程度。X 射线平面成像是 X 射线穿透物体的影像信息的记录。由于 X 射线穿透能力强，光学成像射线无法穿透的物体，X 射线却可能穿透，获得其内部信息。通过 X 射线照片专业绘图员可以对文物的内部形貌及器物的原貌有更加细致的了解。在绘图时，用绘图工具测量、数码片、X 射线片三者相结合，能够完整地把器物的内、外部信息更全面地表现出来。如铁锁为圆柱形，锈蚀严重，有些锈层已经剥落（图 7），内部结构不详。从（图 8）X 射线照片中，能够清晰地了解铁锁的内部形貌。除铁锁两端外侧可看到的铁条贯通铁锁内部外，再无任何部件。铁条一侧弯曲，呈“U”形，且残断。则另一侧端部似花瓣形扁片。数码片对器物表面信息是一个很好的展示，在铁锁两侧各有一孔，一侧为圆形，另一侧则为月牙形，且二孔在一条直线上。通过铁锁使用两种照相技术相结合的方法。能够清晰地了解铁锁内、外部结构与构成，有助于绘图者对器物有更深一层、更细致的了解，提高了绘制器物线图的准确性，尤其是对器物的内部结构能够绘得更准确。再如，帽顶，表面可以看到它的内部构成。先制成直径不等的空心半圆形范，并在范上刻好花纹，三个直径基本相同，另一个较前者稍大，其中两个小的半圆对扣成球体，而另一个小半圆与大者叠扣在一起，再用一根方形铁条通过顶点将其串在一起（图 9、图 10）。三、利用 X 射线照相技术进行文物保护应注意的问题利用 X 射线技术对文物进行保护，能收到较好的效果，但不能取代所有的方法，还要注意与其他方法的结合。1. 要对 X 光片进行整体判读从利于文物保护与研究的角度，在提取器物时，最好用整取的方法将器物内部任何遗物信息留存。在对器物进行清洗保护时，根据 X 射线片对器物的锈蚀物进行清理，这样就不会将器物本身破坏，也不会丢失任何信息，可以更准确地识别器物的内部构成与结构形貌。2. 要与传统的数码技术相结合如前所述，进行文物保护，利用 X 射线技术并不能解决所有的问题。从（图 5、图 6）的秤砣来看，器物大致为柱状，受 X 射线穿透力的影响，在识别时纹样图案的效果极差。（图 8）的铁锁 X 射线照片也如此，除铁锁的内部存有一根铁条以外，无其他任何信息，也无法得知铁锁内部的具体结构。而数码相机照的照片，可以把器物表面的一些特征及信息反应出来。而两者相结合，第一有利于文物保护与制造工艺的研究；第二有利于文物保护操作工作的进行。所以个人认为，用 X 射线技术对文物进行研究时，应运用多种科学技术方法相结合进行测试，具有互补的作用。获取更多、更大量的信息，减少丢失任何有价值信息的可能性，对文物考古的相关研究可提供更全面的内在信息。通过对以上三件器物 X 射线相片，可以看出，它们的效果完全不同。由于骑士牌饰为薄片状，相关的历史和艺术信息一览无余。而多年保护工作的实践，本人总结出一些经验。对器物进行保护工作前，一定要进行一些科学技术的测试，能够尽量多的留下一些信息。文物具有不可再生性，所以对文物进行的保护都应在详细了解文物之后再进行操作。X射线探伤技术，具有无损的特征，这种特性非常适合在文物研究和文物保护中应用，可以更全面地揭示与文物有关的历史信息，更生动地提供文物的制作工艺及技术，更详细地绘制器物的原图。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。 上篇中，我们展示了岛津ct在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津ct观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池ct的观察 在成品动力锂电池检查中，ct检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津smx-225ct fpd hr plus微焦点x射线ct系统 ct检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察 目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用ct对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的ct图像。 图1 18650动力锂电池ct图像 图2是方形动力锂电池的ct扫描图像，外形尺寸为l150mm´w100mm´h26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池ct图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，ct检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池ct图像 电池内部尺寸测量 在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点ct对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的ct观察 通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。x射线微焦点ct作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2d截面图像和3d图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验ct测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。 图7 动力锂电池充放电实验ct观察 通过以上案例展示，岛津x射线微焦点ct不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

近年来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，提升动力电池安全迫在眉睫。经过多年的发展，动力电池从最初的圆柱电池，发展到方形、软包电池，容量提升，形式多样。上篇中，上篇中，我们展示了岛津CT在正极材料和负极材料观测方面的应用。本篇我们将展示岛津CT观测各种成品电池和对电池原位充放电的实时观察。 成品动力锂电池CT的观察在成品动力锂电池检查中，CT检测可以发现动力锂电池内部缺陷，比如内部杂质、正负极扭曲变形、正负极片短路和正负极片的断裂等不良。在长期充放电使用及激烈碰撞后，这些不良容易造成电池短路，甚至可能造成新能源汽车自燃和爆炸。 岛津SMX-225CT FPD HR Plus微焦点X射线CT系统 CT检测是失效分析和产品工艺优化及品质控制的重要手段。通过对失效的动力锂电池进行无损检测，在不破坏失效动力锂电池结构的情况下获得真正失效原因。通过对动力锂电池的内部结构观察及尺寸测量，可以优化生产工艺、提高品质。 电池内部结构及缺陷观察目前动力锂电池电芯生产主要有卷绕和叠片两种制造工艺，对应的动力锂电池结构形式主要为圆柱和方形、软包三种，圆柱和方形锂电池主要采用卷绕工艺生产，软包锂电池则主要采用叠片工艺制造。圆柱锂电池主要以18650为主，方形锂电池外壳采用硬铝壳包装，而软包锂电池采用铝塑料包装。 运用CT对18650动力锂电池检测可观察内部正负极及隔离膜，因此内部变形及金属杂质可以清晰地被检测到。通过对正极极片展开，可观察到极片上的孔隙。图1给出了18650动力锂电池的CT图像。 图1 18650动力锂电池CT图像 图2是方形动力锂电池的CT扫描图像，外形尺寸为L150mm´W100mm´H26mm。 通过扫描半电池可以清晰地看到电池正负极片和杂质以及激光焊接部位的孔隙。甚至有机质的隔离膜也能够被观察到。 图2 方形动力锂电池CT图像 软包叠片动力锂电池的常见缺陷为极片开裂破损、有杂质及当封入外壳时负极变形等，CT检测是此缺陷观察必要手段。如图3所示。 图3 软包叠片动力锂电池CT图像 电池内部尺寸测量在电池生产中，尺寸质量控制的要求变得越来越复杂，无法使用传统的测量技术进行测量，更不可能对电池进行切割或破坏后再进行检测。此时，需要使用微焦点CT对电池内部缺陷及结构进行尺寸测量。从而能够评估产品制造过程和优化产品。 图4是18650动力锂电池在空电和满电状态下的电芯尺寸测试，通过比较发现满电状态比空电状态下的电芯尺寸膨胀了约0.2mm。这对电池研发人员设计很有帮助。 图4 18650动力锂电池空电和满电状态电芯尺寸测量 在方形动力锂电池中，满电时的极片厚度尺寸测量、正负极对齐测量和封装时电芯与外壳的距离等这些尺寸对电池生产厂家都有很重要的参考意义，如图5所示。 图5 方形动力锂电池尺寸测量 图6给出了软包动力锂电池中的孔隙及金属杂质尺寸测量，这些缺陷都可能会引起电池起火或自燃。 图6 软包动力锂电池尺寸测量 电池原位充放电循环中的CT观察通过对原位动力锂电池充放电试验，可以观察电池在循环充放电情况下的状态。X射线微焦点CT作为对动力锂电池充放电循环检查的重要一环，可以直观观察动力锂电池在不同状态下内部结构的变化，为研发及生产制造提供数据。 图7从2D截面图像和3D图像示出了100次、500次、1000次、1500次动力锂电池的充放电试验CT测试图像。从而观察到随着充放电次数的增加，动力锂电池由于内部产生的惰性气体的释放而不断膨胀。图7 动力锂电池充放电实验CT观察 通过以上案例展示，岛津X射线微焦点CT不仅可以观察动力锂电池正负极片材料内部微观结构，还可以观察成品动力锂电池的内部结构及缺陷。结合尺寸测量定量分析，为动力锂电池研发设计者及生产制造商提供帮助，优化生产流程及制造工艺，为新能源汽车提供安全保障。

导 读药物片剂中成分的分布和内部空隙的状态会影响其溶解的速度，并导致其疗效的差异。在含有不同成分的多层药物的片剂中，药物层厚度的不均匀性可阻止各层获得足够的疗效。因此，片层厚度和压片角度是重要的质量控制标准。 实验方法使用XRAY透视和CT 扫描，对其内部进行扫描和分析。除了不需要任何特殊的预处理，X射线CT检查系统允许在不损坏样品的情况下获得内部信息。因此，它们可用于三维观察和分析药物层的分布状态或厚度。 实验方法使用XRAY透视和CT 扫描，对其内部进行扫描和分析。除了不需要任何特殊的预处理，X射线CT检查系统允许在不损坏样品的情况下获得内部信息。因此，它们可用于三维观察和分析药物层的分布状态或厚度。 具体案例数据本例描述了使用inspeXio SMX-90CT Plus台式微焦点X射线CT系统（图1）分析两种药片。图1 inspeXioSMX-90CT Plus台式微焦点X射线CT图2 样品照片：左边片剂A,右边片剂B 在本例中，观察到两种具有不同结构的片剂（片剂A和B）（图2）。片剂的透视图像如图3所示。片剂A （左） 片剂B（右）图3 片剂透视图图4片剂A的CT效果图（左）图5片剂B的CT效果图（右）图6高密度药物分离的片剂A 分析片剂图像的一个例子除了观察片剂内部外，CT X射线图像还可用于执行各种图像分析。在本例中，利用CT数据结合三维图像处理软件，分析药物的分布状态，分析药物的层厚。 图6所示为片剂A与高密度药物分离的区域。这些区域使用VGStudio MAX 3D图像处理软件（来自Volume Graphics GmbH）以及缺陷和夹杂物分析模块隔离。这种图像处理软件可以对分离的体积进行颜色编码，从而可以确定药物在三维空间的分布和每个体积的大小。 图7测量B片包衣厚度示例 图7示出了分析片剂B中的层厚度的示例。该分析是使用VGStudio MAX 3D图像处理软件与厚度分析模块一起执行的。厚度用从红色到蓝色的颜色进行颜色编码，其中最薄的区域用红色表示，最厚的位置用蓝色表示。这样可以直观地理解厚度变化的分布。 结论应用inspeXio公司的SMX-90CT-Plus结合三维图像处理软件，可以对片剂内部进行观察和特征分析。利用该系统对药物的分布和厚度进行定量和非破坏性分析，并对其他性质进行评价，对药物的开发尤其有用。inspeXio SMX-90CT Plus由于其紧凑的工作台设计和简单的操作，是一个非常有用的工具，可以快速、方便地获得关于药片内部的信息。 撰稿人：宁棉波

■ 自2018年下半年以来，新能源汽车屡屡发生起火、自燃等动力电池安全事故，严重影响了消费者对新能源汽车的使用信心。前不久，工信部就新能源汽车动力锂电池产品质量安全问题约谈了多家新能源公司，要求对已销售的产品开展自查自纠，针对产品质量问题提出对策，并对动力电池的研发、生产、检测和售后等各环节进行系统梳理和整顿优化。监管机构对于新能源行业的安全提出了更高要求，提升汽车动力锂电池安全迫在眉睫。 ■ 岛津X射线微焦点CT对汽车动力电池从正负极材料到装配好的电池都可以实行无损检测，观察正、负极材料内部结构，确认颗粒尺寸分布，助推研发和品质管控，也可以实现在充放电过程中进行原位测试，便于实行工艺优化和控制。 锂离子电池电极3D像 本文展示岛津CT在正极材料和负极材料观测和尺寸测量方面的应用，是为上篇。下篇将展示岛津CT在成品电池观测方面的应用，以及充放电时的原位观测。 ｜正负极材料CT观察｜ 汽车动力锂电池原材料现有主材主要有四种：正极材料、负极材料、隔离膜和电解液。X射线微焦点CT对汽车动力锂电池原材料分析中，能够清晰观察正、负极材料内部结构及测量尺寸，轻松确认组成颗粒的大小、颗粒大小的变化和厚度等。而正、负极材料中的颗粒尺寸大小、物相是否均一、粉体粒径的大小及分布是否均匀决定了动力锂电池的性能，因此用X射线微焦点CT观察正、负极材料变得尤为重要。 岛津inspeXio SMX-100CT ｜正极材料观察及分析｜ 通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的正极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图1），可以观察出正极材料具有颗粒状结构。 图1 正极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图2所示，表明组成颗粒大小都约为20μm，再通过3D图像(图3)显示可以确认正极具有分层的结构。 图2 正极尺寸测量图像 图3 正极3D图像 ｜负极材料观察及分析｜ 同样通过扫描一块长宽约为2mm的正方形的负极材料，得到MPR（多平面重建）图像（图4），可以观察出负极材料具有鱼鳞片状结构。 图4 负极MPR图像 再通过软件对其尺寸测量，如图5所示，最大的石墨片长度约为100μm。图6所示是负极的CT图像3D显示效果。在该图中，石墨被涂成蓝色，以区别于黄色的铜箔。通过这种方式，可以通过3D显示效果来三维观察负极。 图5 负极尺寸测量图像 图6 负极3D图像 岛津微焦点X射线CT能够无损观察物品的内部结构。因此，可用于分析有缺陷的电池、比较合格和不合格的电池、比较充电或放电前后的电池状态、评估循环测试期间的电池内部结构的变化等。在此示例中，使用了inspeXio SMX-100CT微焦点X射线CT系统观察可充电锂离子电池中的电极，并进行颗粒尺寸测量，进而为工艺优化及质量控制提供科学可靠的指导。 撰稿人：黄军飞

概 述欧波同材料分析研究中心分析测试业务于年初正式上线，受到业内广泛关注。近期中心收到很多客户的咨询，询问一些特殊样品的制样方法或解决方案。我们根据客户咨询和反馈，整理了相关的案例分享给大家，希望能给大家点思路。一、微纳米颗粒 （针对200μm以下样品） 应用范围：微纳米材料内部结构分析例 如：锂电池阳极材料、微纳米颗粒颗粒类的样品多数利用扫描电镜检测形貌、粒度统计、能谱并做一些长度测量，但是一旦涉及内部结构观察普通制样方式很难达到要求。制样方式缺点研钵研磨/刀片压碎只能看到断面的情况，而且成功率不高，电镜观察需要费时寻找镶嵌包埋需要机械抛光，容易脱落；耗时；需考虑镶嵌料对样品影响举例来讲，图1是客户要求观察颗粒表面和断面形貌，研钵研磨后，结果并不理想，视野内可见大量碎裂颗粒，且断面情况各异更无法进行测量等工作。图 1图2是用Gatan Ilion II设备抛光后结果，可见视野内颗粒全部切开，截面平整，易于观察测量；图3为局部放大，颗粒内部结构一览无余。图 2图 3二、多层复合材料/镀层/高分子薄膜应用范围：分层材料、薄膜或其他柔性材料例 如：锂电池隔膜、镀层等多层复合材料其实在我们生活中应用极为广泛，比如各种触摸屏。这类材料主要看截面分层情况，但是由于其柔性大，普通方式比如剪切、液氮脆断等都会导致分层扭曲、断面不齐整等问题，影响后续用电镜进行分层测量。举个例子-样品为电池极板（图4、图5）：图4是剪刀剪切后的电镜结果，可以看到由于剪切力的影响，层次不够分明，无法进行精确测量，无法提供有效的信息。图 4图5为Gatan Ilion II抛光后结果，层次清晰，可进行精确测量。图 5三、电子元器件应用范围：各类微元器件电子元器件由于其越来越微小、越来越复杂，其失效时很难定位，也很难用普通手段看清其内部结构（图6）。图中结果用Ilion II 进行处理，局部放大图片能够看到几十个nm结构，后续进行分析带来极大便利。图 6我们再来看一例（图7）图 7红框1局部放大，可见有10层结构图 8红框2局部放大，一目了然图 9后 记以上是小编本期分享的内容，希望对大家有帮助。

为帮助广大用户了解、学习Micromeritics仪器设备及其相关领域的专业应用，我们特别推出网络研讨会，在线交流分享技术及成果。自2022年Micromeritics网络研讨会系列开播以来，我们的内容受到了非常多的关注与认可。本月，麦克免费研讨会直播依然继续，坚持为用户呈现优质的高水平内容。七月，我们将带来Micromeritics仪器设备在建筑行业的应用内容分享，与大家共同探讨混凝土内部结构的多元表征研究。混凝土是一种弹塑性、非均质的固体材料，其宏观堆积、微观多孔等结构特征与其力学强度和耐久性有密切的联系。减小孔隙率、优化孔隙结构、提高堆积密度都是提高混凝土强度、增加韧性的有效途径。通过比表面积、孔隙率、密度和流动性等性能分析研究石灰、石膏、水泥和混凝土的内部结构与力学表现之间的关系，确定超高性能混凝土所具有的基础性能。Micromeritics仪器设备在混凝土表征相关领域有多种应用解决方案，能够协助相关行业厂商了解材料的基础性能，优化生产。如您对混凝土及其相关内容感兴趣，欢迎报名，免费注册我们的网络研讨会。主题：混凝土内部结构的多元表征研究时间：2022年7月14日 14：00欢迎扫描下方二维码，提前报名，免费预约直播。关于麦克默瑞提克Micromeritics 是提供表征颗粒、粉体和多孔材料的物理性能、化学活性和流动性的全球高性能设备生产商。我们能够提供一系列行业前沿的技术，包括比重密度法、吸附、动态化学吸附、压汞技术、粉末流变技术、催化剂活性检测和粒径测定。公司在美国、英国和西班牙均设立了研发和生产基地，并在美洲、欧洲和亚洲设有直销和服务业务。Micromeritics 的产品是全球具有创新力的知名企业、政府和学术机构旗下 10,000 多个实验室的优选仪器。我们拥有专业的科学家队伍和响应迅速的支持团队，他们能够将 Micromeritics 技术应用于各种要求严苛的应用中，助力客户取得成功。

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

古生物学是一门古老的学科，已经有两百多年的历史。历史上如始祖鸟、北京猿人等关键化石的发现都填补了生命演化历史的空白。如今，新的观测分析手段，诸如高精度成像与解析技术、分子古生物学技术以及大数据和自动识别等，给古生物学这样的传统学科注入了新的活力，从原有的以及新发现的化石中挖掘出大量前所未知的全新信息，让我们逐渐看清远古时代。高精度成像与解析：无损伤、高精度了解化石内部结构传统上，古生物学家通过肉眼、放大镜、光学显微镜、电子显微镜来观察和研究生物化石外表的宏观和微观结构。但是，生物化石的很大一部分信息量包含在其内部，需要古生物学家通过其他技术手段来揭示。如果化石样本数量很多，可以考虑直接破坏化石，暴露其内部结构。更为常规的手段是通过切片或磨片取得化石某一截面的二维结构信息，如果每个截面之间的距离相等，那么就有可能精确地还原化石内部三维结构，这就是连续切片或磨片。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（以下简称“古脊椎所”）张弥曼院士就曾应用连续磨片技术对肉鳍鱼类杨氏鱼的头部进行精细重建，揭示它没有内鼻孔，是原始的肺鱼，从而对寻找登陆鱼类的真正直接祖先作出了突出贡献。不过，这项技术必须经过磨片、素描、蜡片切割和堆叠成模等一系列极为费时而又对精确度要求极高的过程，因此其应用只能局限于数量很多、又非常重要的化石标本，但是这两个要求很难同时满足。张弥曼重建的杨氏鱼的蜡质模型。古脊椎所供图早在20世纪中叶，就有古生物学家尝试用X光“透视”化石，但简单地使用X光照射，只能取得照射方向上的一点模糊内部结构信息，要重建各个方向上的全部三维结构信息，就必须使用断层扫描技术，这有点像无损的磨片或切片。断层扫描（CT）最初在医学和制造业中发展起来，20世纪90年代开始，古生物学家尝试将此技术应用到化石研究中。由于化石比生物体致密得多，且不同化石的物质成分千差万别，直接套用医用CT机器往往很难达到理想的扫描效果，研发古生物研究专用CT就成为迫切需求。在这方面，我国走在了国际前列——2008年，古脊椎所与高能物理研究所和自动化所合作研制了全球首套专门应用于古生物化石研究的高精度CT，包括225kV显微工业CT和450kV通用性工业CT，并于2011年投入使用。这使得古生物学家能够方便、快速、高质量地对不同大小的脊椎动物（含人类）化石及现生生物的内部精细形态和显微结构进行无损检测和重建。应用这套设备，古生物学家迅速取得了一批重要成果，如古脊椎所朱敏团队对早期有颌鱼类内部结构的重建，补充了“从鱼到人”演化史上的关键环节；刘武团队对中国重要人类化石基于CT的研究，定量重建了远古人类的颅内模、内耳骨迷路等精细内部结构。热河生物群是世界级的化石宝库，产出在演化史上极为重要的脊椎动物、植物和昆虫化石，其中许多化石精细、完整地保存了生物体的软组织，如鳞片、羽毛、毛发等的细微结构。可惜的是热河生物群大多数化石来自湖相沉积，保存为压扁的板状，其内部结构信息往往互相叠压，普通CT设备很难对其进行扫描和重建。在国家重大科学仪器设备开发专项支持下，我国研发了首台高分辨板状化石专用X射线显微层析成像设备Micro-CL（Computed Laminography）。这是目前无损检测大型板状标本内部结构的唯一手段，大大满足了古生物学界的研究需求，推动并加快了对热河生物群及其他类似保存状态化石研究领域的工作。这一技术后来在工业领域也得到运用，产生了可观的经济效益。古脊椎所CT设备成果：（上）重建的全颌鱼上下颌；（下）许家窑人颞骨及其3D复原的内耳迷路。古脊椎所供图在此基础上，针对制约成像技术在古生物学中大规模应用的若干难点，如耗时长、机时有限、重建所需的计算机配置高、软件价格昂贵等，我国古生物学者正从多个角度继续探索，攻坚克难。在加强研发的同时，使用新一代适合古生物学研究的商业仪器，可以进一步快速获取高解析度的化石三维结构包括超微结构信息。例如，最近古脊椎所引进的微纳能谱CT，可以同时获得化石内部各成分及其空间分布信息，进一步推动了对化石内部信息的挖掘，而且对于研究化石的形成条件和过程具有重要意义。古脊椎所研究人员还自主开发了免费的专门处理化石及生物体成像数据的渲染处理软件，推动这项技术在学科领域的大规模普及。能量更高、更集中的同步辐射光源是满足成像技术精度和对比度高要求的唯一解决方案。以前古生物学家需要到国外如瑞士、澳大利亚等地的同步辐射光源线站进行扫描，国内的上海光源也提供了一种选择。值得一提的是，正在建设的北京光源（HEPS）突破了国际同类线站的局限性，是世界上最亮的第四代同步辐射光源之一，预计将在2025年底建成并投入使用。按照计划，我国将在北京光源建设全球首个专门针对脊椎动物演化、人类起源与古人类遗存研究的同步辐射光源成像和测试平台，可以实现高灵敏度、强穿透、低剂量、多尺度分辨、无损的3D化石成像。与化石成像技术相伴的还有三维打印技术。随着三维打印价格的下降，这项技术也逐渐得到普及。将数字重建所得的化石内部结构模型三维打印出来，可以方便、直观地对这些结构进行观察研究，以任意放大缩小比例大量制作高精度的模型，用于科研、教学和科普展示。分子古生物学：重建古生物演化历史的重要工具古代生物死亡后，不同的有机物组分保留的时间长短不一，提供的生物的信息不同，而承载生物体内遗传信息的脱氧核糖核酸（DNA），成为重建古生物演化历史的重要工具。这一研究方法肇始于20世纪80年代，21世纪初期，受益于人类全基因组的发表和高通量测序技术的发展，古DNA领域开始蓬勃发展。斯万特帕博是这一领域的奠基人，开创性地解决了DNA污染问题，搭建了世界上第一个古DNA研究的超净室，并设计出超净室的工作规则。他带领团队重构出尼安德特人的基因组，发现了丹尼索瓦人——首个仅通过古分子证据而确认的已灭绝古人类。2022年的诺贝尔生理学或医学奖也因此颁给了帕博。古DNA提取物中常常包含大量污染DNA，使得测序的大部分DNA分子都是无用的信息，真正有用的常常不到测序数据的1%。对此，古脊椎所付巧妹研究员和迈耶研发应用了DNA捕获技术——通过设计DNA或RNA探针，像钓鱼一样把目标古DNA从海量的污染DNA中“钓取”出来。这项技术广泛应用于人类古基因组研究中，目前超过2/3的人类古基因组数据来自一个叫“1240k”的探针组的捕获数据。DNA捕获技术不仅使得对古DNA的测序效率大大提高，还能有效从一些棘手的样本中得到足够的数据。一个典型的例子是中国古南方人群的基因组研究。中国南方温暖潮湿的环境和当地的酸性土壤都不利于古DNA的保存，使得这片区域的古DNA研究一度处于空白状态。得益于该技术，广西古南方人群的基因组研究揭示了在农业传播之前,东亚和东南亚人群已有大量交流。沉积物DNA分析是一种新兴的古DNA分析技术，可以不再依赖骨骼化石材料而从“土”中提取出古代生物的遗传物质。这种方法弥补了人类化石可遇而不可求的缺憾，极大地扩大了研究对象，打开了研究旧石器考古遗址人群演化的新窗口。2020年付巧妹团队和兰州大学合作，通过白石崖溶洞遗址沉积物，钓取35个样品的242种哺乳动物和人类的线粒体DNA，并使远古人类的DNA得以富集。这些古DNA与遗址的骨骼遗存相印证，证实了犀牛、鬣狗等动物的存在。还揭示白石崖洞的四个地层里有已灭绝的古人类——丹尼索瓦人的线粒体DNA。这是首次在丹尼索瓦洞穴之外的地方发现丹尼索瓦人，是支撑其曾分布广泛的有力证据。利用这种方法，丹麦哥本哈根大学研究人员2022年12月报道了从格陵兰岛冻土中提取到约200万年前的生物DNA，为迄今已知最古老DNA。该研究发现格陵兰岛曾生活着乳齿象、驯鹿、野兔和大雁等动物，不仅有如今还在当地能见到的苔藓、灌木、桦树等植物，还生长着白杨、杉树等如今通常生长在纬度较低地区的树木。付巧妹在研究中。古脊椎所供图自2010年起，古脊椎所建立了国际一流水平的分子古生物学实验室，以古DNA技术为核心，在主攻古人群基因组研究的同时，并行开展动物古基因组、共生微生物及病原微生物演化、古蛋白质研究等衍生研究方向。2016年首次翔实地绘制出冰河时代欧亚人群的遗传谱图；2017年对田园洞人个体进行DNA测序，实现中国地区乃至整个东亚最古老人类的第一个全基因组测序；2018年从末次冰期前后迄今最古老的大熊猫化石成功提取到完整线粒体，揭示大熊猫新的线粒体谱系。2018年建立自动化实验平台后，实验速度快、精确度高、产量高，产出了系列重磅成果，例如，揭示东亚早期现代人的遗传多样性及长时间尺度下动态演化图谱；阐明华夏族群万年来的遗传连续性及不同文化人群的迁徙融合历史；阐述东亚特有适应性基因的选择机制；明确以台湾岛阿美族和泰雅族为代表的南岛语族与福建内陆古人群同源。这些研究更新、补充或修正国际学术界相关学术假说，为阐明华夏族群的形成过程及追溯南岛语族源流等提供了重要科学依据。实验室也在珍稀保护动物（如金丝猴、南方灰狼）演化研究上取得重大新发现，并推广至更多已灭绝动物及濒危动物研究领域。蛋白质包含有丰富的生物遗传进化信息，在化石中留存的时间要比DNA长得多，且可覆盖古DNA目前所无法触及的时间与地域盲区，在人类及其伴生物种的演化研究领域具有广阔的应用前景。例如，已有国际研究团队从180万年前的动物牙齿和超过650万年前的蛋壳中获取古蛋白质。再比如，在炎热潮湿地区，古DNA难以保存，但有研究团队在亚热带的早更新世甚至上新世化石中成功获取古蛋白序列。这方面研究逐渐成为新兴热点，在2019-2020年，学术期刊连续发表的4篇重要成果，解决了夏河人、史蒂芬犀牛、步氏巨猿以及先驱人的系统发育问题，引发国际学界广泛的关注。我国已经加强这方面的布局，围绕重点考古遗址的相关样本开展研究，以期解决科学问题，助力产出重要原创性科研成果。大数据及自动识别：有助于实现化石的自动鉴定随着研究的深入，古生物学从定性描述进入定量的计算，引进统计学模型。研究中越来越关注生物多样性的变化、形态特征的宏演化。在古生物学中系统发育分析规模越来越大，涉及上百个物种，数千个性状。这些研究都涉及大数据，需要高性能计算机的协助。为了建立古生代（约5.4亿年-2.4亿年）海洋生物多样性，南京大学樊隽轩团队遴选了3112个地层剖面、11268个海洋化石物种的26万条化石数据，团队结合了模拟退火算法和遗传算法，自主开发了基于并行计算的约束最优化方法。利用“天河二号”超级计算机，经过反复计算和验证，获得了全新的寒武纪-三叠纪海洋无脊椎动物的复合多样性曲线。近些年来贝叶斯方法在古生物学中广泛运用，但是这种方法对于计算性能要求高，即使使用目前的高性能计算机一次运算也可能需要数周甚至上月的时间。不少古生物研究机构专门购置了高性能计算机，运行专门开发的分析软件。比如，近些年古脊椎所发表的重要成果大多离不开高性能计算机的支撑。近些年科研人员基于深度学习、卷积神经网络，图像识别等等进行探索，以期实现化石的自动鉴定。在古生物学中微体化石的鉴定费时费力，而且很多是重复劳动，但是这一工作在油田钻井、环境研究中却必不可少。我们希望能够实现牙形刺、笔石、孢粉等由人工鉴定转向自动识别。这个领域刚刚兴起，距离成果投入实际运用还有很长的距离。这一工作有广泛的应用前景，建议有关部门以先期投入促进科研的开展；也需要专业的古生物学家建立鉴定准确的图片库以供机器学习，也需要人工智能等多学科交叉，以实现可靠的自动鉴定。（本文作者：邓涛，系中国科学院古脊椎动物与古人类研究所所长、研究员）

据发表在最新一期《自然化学》杂志上的论文，德国达姆施塔特工业大学和瑞士弗里堡大学领导的国际研究团队在使用合成材料合成人造细胞方面实现突破。这些细胞通过一种被称为生物催化聚合诱导自组装（BioPISA）的过程制造，代表了合成生物学领域的重大进步。论文插图图片来源：《自然化学》（2023）人造细胞是模仿活细胞特性的微观结构。它们是促进化学反应和分子系统工程的重要微反应器，是合成生物学途径的宿主，也是研究生命起源的重要工具。该团队开发了一种酶促合成的聚合物微胶囊，并使用它们来包裹细菌细胞的可溶性内容物（即胞质溶胶），从而创造出能够在内部产生一系列蛋白质的人造细胞，包括荧光蛋白、制造细胞骨架样结构的肌动蛋白，以及人类骨骼中发现的生物矿化过程的碱性磷酸酶。蛋白质的表达不仅模仿了活细胞的基本特性，而且展示了这些人造细胞在从药物输送到组织工程等多种应用中的潜力。新研究弥补了合成生物学中的一个重要空白，即能够将合成材料与酶过程结合起来，创造出复杂的人造细胞，就像真正的细胞一样，这为创造结构和功能上与生物细胞相似的模拟物开辟了新途径。研究人员指出，酶促自由基聚合是制造这些人造细胞的关键。酶会将聚合过程中自组装的聚合物合成纳米和微米尺寸的聚合物胶囊。这是一种非常简单但有效的人造细胞制备方法。在未来的工作中，研究团队的目标是利用人造细胞中表达的蛋白质来催化进一步的聚合，从而模仿自然细胞的生长和复制。