单晶尺度锶

p 　　早在2008年，单智伟教授与合作者们就在《自然材料》报道了微纳尺度单晶镍中的“力致退火”现象，即通过对微纳尺度的单晶体施加载荷并使其发生塑性变形， 晶体内部的缺陷密度将大大降低甚至为零，同时材料的强度得到明显提升。由于该发现迥异于人们基于已有知识的判断，即塑性变形通常使晶体内部位错密度升高，因而受到研究人员的广泛关注。随后该现象在多种面心立方晶体中得到了验证。但是，基于模拟计算和一些实验观测，人们普遍认为体心立方金属不会有力致退火现象，原因是体心立方金属的螺位错具有不共面的特性，通常表现出一系列不同于面心立方金属的变形行为。经过对已有工作的仔细梳理和分析，单智伟教授等认为在合适的尺寸范围内，体心立方金属中也应该存在类似的力致退火现象。通过巧妙的实验设计，研究团队以令人信服的证据证实了上述推测，从而推翻了此前人们对于该问题的认知(黄玲等，《自然通讯》，2011)。 /p p 　　尽管力致退火现象的普适性得到了证实，但是其应用前景却得到了质疑，原因是力致退火的过程总是伴随着显著的塑性变形，从而使样品几何发生明显的改变。能否在不改变样品几何的条件下将其内部的缺陷去除呢?在日常生活中，我们知道如果要把一根半埋于土壤中的柱状物直接拔出来是比较困难的，但是如果我们先将其进行多次小幅晃动，则最终可能较轻松地将其拔出地面。受此启发，可以推断，如果对含缺陷的晶体施加一循环载荷，控制好力的幅值，使其足够大，能使缺陷动起来并在镜像力的帮助下逐渐从材料表面湮灭和逃逸，但同时又足够小，不在晶体内产生新的位错，就有可能在不改变样品几何的条件下，使得材料中的缺陷密度大幅降低，甚至到零，也就是实现“力致修复”。如果上述想法得到实现，其在纳米压印等领域就可能得到有效的应用。 /p p 　　基于上述想法，借助于定量的原位 a href=" http://www.instrument.com.cn/zc/1139.html" target=" _self" title=" " style=" color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 透射电镜 /span /a 纳米力学测试装置，选取亚微米单晶铝为研究对象，研究团队的王章洁博士对其进行了低应变幅的循环加载，发现在几乎不改变材料外观几何的情况下，微纳尺度单晶铝内的缺陷逐渐被驱逐出样品，导致缺陷密度大幅度下降，进而使得材料的强度得到了大幅度的提升。同时发现，可以通过控制应变幅和循环周次等来调控材料内的缺陷密度，进而调控材料的屈服强度。另外，课题组还发现可以通过检查力和位移曲线是否有滞后环以及环的大小来诊断被测材料中是否有可动缺陷以及其数量的多少。这些发现不仅对于理解小尺度材料内的缺陷在循环载荷下的演变规律具有显著的科学意义，并且对于调控对缺陷敏感的功能材料的性能有重要的启发意义和应用前景。 /p p 　　值得注意的是，当块体材料经受循环加载时，通常会引起材料内部缺陷的增殖与聚集，并进而引起裂纹萌生，并在承载应力远小于宏观屈服应力的情况下发生断裂，也就是所谓的疲劳断裂，它也是很多工程构件失效的主要形式。对微纳尺度材料进行循环加载可导致“力致修复”与块体材料中循环加载所导致的疲劳破坏的效应完全相反。这一事实再次表明，作为连接连续介质力学和量子力学的桥梁，微纳尺度材料的结构与行为的内在机理和规律不能通过外推已有的宏观材料的机理和规律来得到，而是具有其独特性，必须通过创新实验方法和思路来加以揭示和解释。 /p p 　　近日，西安交大微纳尺度材料行为研究中心(简称“微纳中心”, http://nano.xjtu.edu.cn)在美国科学院院刊 (PNAS, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)在线发表(http://www.pnas.org/content/early/2015/10/14/1518200112)了他们的最新研究成果，即在不改变样品外观几何的条件下，可以通过小应变循环加载的方式来诊断和调控微纳尺度单晶材料中的缺陷，进而达到调控其力学性能的目的。 该论文的作者包括微纳中心的新讲师王章洁博士、李巨教授、马恩教授、孙军教授和单智伟教授, 约翰霍普金斯大学的博士生李庆杰，清华大学的崔一南博士、柳占立副教授和庄茁教授，美国麻省理工学院道明博士，美国卡耐基梅隆大学的Subra Suresh 教授。马恩教授和李巨教授同时分别为约翰霍普金斯大学和美国麻省理工学院的全职教授，并分别担任微纳中心的海外主任和学术委员会主任。该研究工作得到中国国家自然科学基金、973项目及111项目的资助。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/d5aa1b18-2d88-40a5-a6c7-669b88c9ce82.jpg" title=" 图1.png" width=" 600" height=" 408" border=" 0" hspace=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 408px " / /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201511/noimg/71dd12f6-2be0-449f-b8db-404d6b6bbdd3.jpg" title=" 图2.png" / /p

p 　　在物理与材料研究领域中，众多问题的解决受限于样品质量、尺寸、探测极限等因素制约而搁置，而这些问题是可以通过电子显微学方法来实现突破。近年发展起来的球差矫正等先进电子显微学方法，为在纳米乃至原子尺度对众多物理量及其耦合关系的测量与表征提供了可能，也为实现性能调控的纳米尺度结构设计提供了依据。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/a8bbe64e-d38a-46f2-b984-3ba9190a2d19.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" width=" 450" height=" 325" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 450px height: 325px " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 田鹤老师科研工作照 /span /p p 　　众所周知，大多数材料在温度变化时呈现热胀冷缩的性质，而有一类特殊的材料因其在温度变化时体积基本保持不变，被称为零膨胀材料。一直以来，零膨胀材料因其在高精度仪器、极端条件元器件等方面极具应用价值而备受关注。然而，目前发现的零膨胀材料仍非常稀少，设计制备宽服役温度范围、低膨胀系数的零膨胀材料是该领域的核心目标。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/84763b66-77b5-492c-be61-1be8b29b18d9.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" width=" 600" height=" 281" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 281px " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 研究图a /span /p p 　　针对这一问题，张泽院士带领下的田鹤团队进行了系统的原位实验及微结构研究，表明铁电材料中，封闭介孔内存在着正负铁电极化表面，这些表面分别由氧离子、氧空位的聚集而被屏蔽。这一特殊的自发铁电极化屏蔽机制使得介孔微区附近的铁电性消失，从而显示出正膨胀性能。这一特性与钛酸铅本征的负膨胀性质相协同，从而使单晶介孔钛酸铅纤维表现出零膨胀的特性。成功将大量纳米尺度的封闭介孔引入到单晶钙钛矿钛酸铅中，这有效地调制了热膨胀性能，其晶胞体积在极宽的温度范围内基本保持不变。这一研究揭示了铁电体内部表面微结构的构建及其铁电极化屏蔽机制对材料热膨胀性能起到了显著调控作用，为设计、制备性能优异的新一类单相零膨胀材料提供了新思路。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/45816567-b796-4776-9c9f-f02335703bfd.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" width=" 600" height=" 455" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 455px " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 研究图b /span /p p 　　另一方面，由于尺寸、表面和界面效应以及量子效应等因素，材料中的有序结构，如铁磁有序、铁电有序等，通常在极限尺寸下被显著抑制。由于长程有序的尺寸限制，到目前为止，在室温下实现具有垂直于表面极化的原子厚度铁电薄膜仍然是一个艰巨的挑战，严重制约了高密度非易失性存储器件的发展与小型化。针对这一问题，我们团队利用球差矫正电子显微镜，在一个单位晶胞厚的BiFeO3薄膜中直接观察到了面外的强自发极化，并且实现了高达370% 的隧道电流变效应。这一发现证实了BiFeO3薄膜中的铁电临界厚度可以通过结构设计以实现突破，这对于高密度数据存储显示出巨大的应用前景，将为铁电基器件的小型化突破开辟可能性。 /p p 　　借助先进电子显微学方法，在纳米乃至原子尺度对众多物理量及其耦合关系进行研究的能力，可以为探索材料性能与微结构关系提供依据，为设计、优化功能性材料特性，实现纳米尺度结构设计调控宏观性能提供新的途径。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/59832007-ec42-4212-85c3-242933457bcf.jpg" title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" width=" 600" height=" 275" border=" 0" vspace=" 0" style=" width: 600px height: 275px " / /p p 　　在此工作基础上，田鹤负责的“实现性能调控的纳米尺度结构设计”成功入围浙江大学“2018年度十大学术进展评选”活动。以下为该项目具体情况： /p p 　　 strong 项目名称 /strong ：实现性能调控的纳米尺度结构设计 /p p 　　 strong 申报单位 /strong ：材料科学与工程学院 /p p 　　 strong 负责人 /strong ：田鹤 /p p 　　 strong 项目简介 /strong /p p 　　在过渡族金属氧化物这类强关联电子体系中，电子表现出的不仅是电荷，还有自旋、轨道这些复杂的属性，相互耦合诞生了如高温超导、庞磁电阻、多铁性等诸多具有重要应用前景的特性。但对电荷、轨道、自旋间的耦合关系，及其有序性与晶格的耦合、相互作用理解的依然不足，制约了对此类功能性材料性能有效调控的探索。 /p p 　　项目的主要特色是摆脱性能测试宏观、平均的限制，在纳米乃至原子尺度通过对各物理量间耦合关系的研究，直接构建微观结构对宏观性能的影响。通过纳米尺度结构设计，探索调控宏观性能的途径，为设计新型的功能性材料与器件提供了新的机遇。证实了针对性纳米尺度结构设计，对宏观性能的有效调控。成功研制了一种具有宽温度服役范围(低温、室温与高温区)的单相零膨胀系数材料，为航天、航空等领域，精密载荷关键部件的高精度、高稳定性需求提供了新的解决方案 在常温下实现了具有原子级别厚度，面外铁电极化的高密度纳米器件，打破了铁电薄膜临界厚度的认知。 /p p 　　 strong 项目团队 /strong /p p 　　张泽院士领导的田鹤团队利用自主发展的电子显微学方法，在纳米乃至原子尺度对各物理量间耦合关系开展研究，有针对性的探知耦合本质与性能的依存关系，并探索性能调控的途径。揭示了在铁电材料内部，引入纳米尺度极化表面，对单相铁电材料宏观热膨胀行为调控的物理机制。与浙江大学韩高荣、任召辉团队合作，设计并制备出一种PbTiO3单相铁电介孔零膨胀系数材料 创新提出了一种调制铁电材料热膨胀系数的新途径，为设计、制备性能优异的单相零膨胀材料提供了新思路。(Nature Communications, 9 (2018) 1638 )进而，发现了晶格调控可突破极限尺寸对铁电极化的抑制作用。与新加坡国立大学陈景生团队合作，实现了四方相BiFeO3薄膜在室温二维极限尺度下的铁电序 证实了极限尺度下(一个单胞厚)的BiFeO3薄膜，所具有的超强铁电性与自发的面外极化 揭示了铁电极化产生、稳定和转化的物理机制 奠定了其作为高密度非易失性存储器的科学基础。(Nature communications 9 (2018) 3319) /p

早在上世纪五十年代，美国贝尔实验室的研究者就发明了单晶硅太阳电池，利用单晶硅晶圆实现了太阳光能转换成电能的突破，并成功用于人造卫星，当时的光电转换效率仅有5%左右。近几年，研究人员通过材料结构工程和高端设备开发的协同创新，将单晶硅太阳电池的光电转换效率提高到26.8%，接近理论极限29.4%，制造成本和综合发电成本大幅度下降，在我国大部分地区达到平价上网。同时，单晶硅太阳电池在光伏市场的占有率也上升到95%以上。除了常规太阳电池在地面光伏电站和分布式光伏的大规模应用以外，柔性太阳电池在可穿戴电子、移动通讯、车载移动能源、光伏建筑一体化、航空航天等领域也具有巨大的发展空间，然而目前尚未开发出商用的高效、轻质、大面积、低成本柔性太阳电池满足该领域的应用需求。中国科学院上海微系统与信息技术研究所的研究团队通过高速相机观察发现，单晶硅太阳电池在弯曲应力作用下的断裂总是从单晶硅片边缘处的“V”字型沟槽开始萌生裂痕，该区域被定义为硅片的“力学短板”。根据这一现象，研究团队创新地开发了边缘圆滑处理技术，将硅片边缘的表面和侧面尖锐的“V”字型沟槽处理成平滑的“U”字型沟槽，改变介观尺度上的结构对称性，结合有限元分析、动态应力载荷下的分子动力学模拟和球差透射电子显微镜的残余应力分析，发现单晶硅的“脆性”断裂行为转变成“弹塑性”二次剪切带断裂行为。同时，由于圆滑处理只限于硅片边缘区域，不影响硅片表面和背面对光的吸收能力，从而保持了太阳电池的光电转换效率不变。该结构设计方案可以显著提升硅片的“柔韧性”，60微米厚度的单晶硅太阳电池可以像A4纸一样进行折叠操作，最小弯曲半径达到5毫米以下；也可以进行重复弯曲，弯曲角度超过360度。相关成果于5月24日在《自然》（Nature）杂志发表，并被选为当期的封面文章。论文通讯作者、上海微系统所研究员狄增峰介绍道:“对于具有表面尖锐‘V’字型沟槽的太阳电池硅片断裂行为的认识，启发了研究团队针对硅片边缘区域进行形貌改变，将尖锐‘V’字型沟槽处理成圆滑‘U’字型沟槽，从而让弯曲应变能够有效分散，有效抑制了应变断裂行为，提升了硅片的柔韧性，最终实现了高效、轻质、柔性的单晶硅太阳电池。”论文通讯作者、上海微系统所研究员刘正新介绍道:“由于圆滑策略仅在硅片边缘实施，基本不影响太阳电池的光电转化效率，同时能够显著提升太阳电池的柔性，未来在空间应用、绿色建筑、便携式电源等方面具有广阔的应用前景。”该工作通过简单工艺处理实现了柔性单晶硅太阳电池制造，并在量产线验证了批量生产的可行性，为轻质、柔性单晶硅太阳电池的发展提供了一条可行的技术路线。研究团队开发的大面积柔性光伏组件已经成功应用于临近空间飞行器、建筑光伏一体化和车载光伏等领域。该工作的第一完成单位为中国科学院上海微系统所，第一作者为上海微系统所副研究员刘文柱、长沙理工大学副教授刘玉敬、沙特阿美石油公司博士杨自强和南京师范大学教授徐常清。理论计算与北京航空航天大学副教授丁彬和南京师范大学教授徐常清合作完成。残余应力分析与长沙理工大学教授刘小春和副教授刘玉敬合作完成。高速相机拍摄硅片瞬间断裂过程由阿美石油公司博士杨自强完成。

量子自旋液体这一概念一经提出便吸引了众多物理学家的目光，这不仅源于其应用前景，如高温超导机理、量子计算，更因为其背后蕴含复杂深刻的物理。经过四十多年研究，人们已经取得了很多理论方面的成果，提出了多种多样的量子自旋液体的基态。图1 带有中子的蜂巢晶格上的自旋液体的激发过程实验上对量子自旋液体的探索虽然也取得了一些成果。2016年4月，剑桥及其合作机构的研究人员次在一种结构类似石墨烯的二维材料中测量到被称为“马拉约那费米子”的分数化粒子，并且能很好地与Kitaev模型相契合。但是，公认的量子自旋液体存在的实验证据仍然缺乏，一方面是因为量子自旋液体这种新奇的物质态没有类似传统相变所对应的对称性破缺和序参量，另一方面是因为很多量子自旋液体候选材料无法生长高质量大尺度的单晶样品，因此阻碍着人们对量子自旋液体的深入研究，使得量子自旋液体在实验上的实现仍然悬而未决。经过长时间的艰苦摸索，复旦大学赵俊课题组利用新建成的德国SciDre高温高压光学浮区单晶炉成功的生长出了高质量、大尺度的YbMgGaO4单晶样品，这让深入研究该样品的微观性质成为可能。随后赵俊老师课题组与陈钢老师课题组及其合作者利用中子散射技术在量子自旋液体候选材料YbMgGaO4中次观测到了分数化自旋激发----完整的自旋子激发谱，相关研究论文“Evidence for a spinon Fermi surface in a triangular lattice quantum spin liquid candidate”于2016年12月5日在线发表于《自然》（Nature）杂志（DOI: 10.1038/nature20614）。 图2 低温70mK下测得的子自旋激发谱（覆盖了布里渊区大片区域）图3 基于自旋子费米面的粒子-空穴激发计算得到的激发谱这项研究是次在二维三角格子体系中观测到了完整的自旋子激发谱，表明量子自旋液体领域的研究又前进了一大步，同时也为量子自旋液体的研究注入了新的动力。我们期待赵俊教授在接下来的科研工作中取得更多的成就。更多相关产品信息请前往：http://www.instrument.com.cn/netshow/SH100980/

7月2日，在第二十六届中国科协年会主论坛上，中国科协发布了2024重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。以下是2024重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题具体名单十大前沿科学问题包括：1.情智兼备数字人与机器人的研究2.以电-氢-碳耦合方式协同推进新能源大规模开发与煤电绿色转型3.对多介质环境中新污染物进行识别、溯源和健康风险管控4.作物高光效的生物学基础5.多尺度非平衡流动的输运机理6.实现氨氢融合燃料零碳大功率内燃机高效燃烧与近零排放控制7.中国境内发现的古人类是否为现代中国人的祖先8.通过耦合与杂化实现柔性材料的功能涌现9.人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密10.肿瘤微环境中免疫抑制因素与免疫疗法的互作及机制研究十大工程技术难题包括：1.工业母机精度保持性的快速测评2.大尺寸半导体硅单晶品质管控理论与技术3.高地震烈度区复杂地质条件下高拱坝的安全可靠性研究4.冰巨星及其卫星就位探测飞行器技术研究5.介科学支撑多相反应器从实验室到工业规模的一步放大6.深远海海上综合能源岛建设关键问题研究7.空间多维组学引航下一代分子病理诊断革新8.基础设施领域自主工程设计软件问题9.以高通量多模态的方式实现脑机交互10.通过高效温和活化转化及大规模利用二氧化碳实现生态碳平衡十大产业技术问题包括：1.通过精准化学实现药物和功能材料的绿色制造2.采用清洁能源实现低成本低碳炼铁3.云网融合技术在卫星互联网中的应用4.基于数字技术的碳排放监测方法研究5.自主可控高性能GPU芯片开发6.饲料原料豆粕玉米替代的产业化关键技术突破7.构建珍稀濒危中药材的繁育技术体系及其可持续开发利用8.高端芯片制程受限背景下实现高速大容量光传输技术可持续发展的路径9.应用AI眼底血管健康技术促进相关代谢疾病分级诊疗10.基于CTCS的市域铁路移动闭塞技术的突破今年的征集发布活动共收到102家全国学会、学会联合体、企业科协和高校科协推荐的597个问题难题，涵盖数理化基础科学、地球科学、生态环境、制造科技、信息科技、先进材料、资源能源、空天科技、农业科技、生命健康等十大领域。进一步广泛动员，号召一批知名院士专家和国际组织参与问题难题凝练推荐，129位院士专家经过初选、终选等环节，严格评议把关，最终选出十大前沿科学问题、十大工程技术难题和十大产业技术问题。

随着信息、电子和电力工业的快速的发展，以低成本生产具有高介电常数损耗的材料成为当前关注的热点，高介电常数材料无论是在电力工程，还是在微电子行业都具有十分重要的作用，研究高介电常数材料的结构与性能，对其介电机理、压敏机理和晶界效应的探讨具有深远意义。 (InNb)0.1Ti0.9O2陶瓷不仅具有高介电系数，同时具有较小的介电损耗，是一种具应用前景的巨介电材料。这种优异的介电性质的产生机理尚处于研究阶段，单晶样品是分析材料本征性质的有利武器。由于介电测试对于样品尺寸的特殊要求，为更真实地反应样品的介电性质，获得大尺寸、高质量的 (InNb)0.1Ti0.9O2单晶变得尤为重要。浮区法单晶炉高效镀金双瓣对焦 哈尔滨工业大学宋永利等人利用光学浮区法，通过对生长条件(气氛、气压、流量、生长速率)的控制，终获得了大尺寸(4mm直径、30mm长)的单晶样品。该单晶样品的制备使用的是Quantum Design公司推出的光学浮区法单晶炉。这款高性能单晶炉采用镀金双面镜、高反射曲面设计，高温度超过2000℃；系统采用高效冷却节能设计（无需额外冷却系统），稳定的电源输出保证了灯丝的高精度恒定加热功率，可制备高质量的单晶。光学浮区法单晶炉 型号：IRF01-001-00 浮区法的主要优点是不需要坩埚，故加热不受坩埚熔点限制，因此可以生长熔点高材料；生长出的晶体沿轴向有较小的组分不均匀性，在生长过程中容易观察等。浮区法晶体生长过程中，熔区的稳定是靠表面张力与重力的平衡来保持，因此，材料要有较大的表面张力和较小的熔态密度，故浮区法对加热技术和机械传动装置的要求都比较严格。相关产品链接高精度光学浮区法单晶炉 http://www.instrument.com.cn/netshow/C121152.htm

近日，中国科学技术大学物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室及合肥微尺度物质科学国家研究中心教授肖正国研究组，在制备高效稳定的钙钛矿单晶LED领域取得重要进展。该研究利用空间限制法生长出高质量、大面积、超薄的钙钛矿单晶，并首次制备出亮度超过86,000 cd/m2、寿命达12500 h的钙钛矿单晶LED，向钙钛矿LED应用于人类照明迈出了重要一步。2月27日，相关研究成果以Highly bright and stable single-crystal perovskite light-emitting diodes为题，发表在Nature Photonics上。金属卤化物钙钛矿因发光波长可调、发光半峰宽窄、可低温制备等特性成为新一代LED显示与照明材料。目前，基于多晶薄膜的钙钛矿LED(PeLED)的外量子效率(EQE)已超过20%，可媲美商用有机LED(OLED)。近年来，多数报道的高效率钙钛矿LED器件的寿命在数百到数千小时不等，落后于OLED。离子移动、载流子注入不平衡、运行过程产生的焦耳热等因素均影响器件稳定性。此外，多晶钙钛矿器件中严重的俄歇复合也限制器件亮度。针对上述问题，肖正国课题组利用空间限制法在衬底上原位生长钙钛矿单晶，通过调控生长条件，引入有机胺和聚合物，有效提升了晶体质量，进而制备出高质量的MA0.8FA0.2PbBr3薄单晶【最小厚度仅为1.5 μm、表面粗糙程度小于0.6 nm、内部荧光量子产率(PLQYint)达到90%】。以薄单晶作为发光层制备的钙钛矿单晶LED器件的EQE达到11.2%、亮度超过86,000 cd/m2、寿命达12500 h，初步达到商业化门槛，成为目前稳定性最好的钙钛矿LED器件之一。该工作展示了使用钙钛矿薄单晶作为发光层是解决稳定性问题的可行方案，以及钙钛矿单晶LED在人类照明和显示领域的广阔前景。研究工作得到国家自然科学基金和中国科大的支持。空间限制法生长单晶示意图(a)、单晶的显微镜图(b)、钙钛矿单晶LED的器件结构(c)、钙钛矿单晶LED性能表征(d-f)。

研究人员将实现更快速的FIB-SEM样品制备、获得更精准的3D断层扫描图像和更完整的数据报告德国耶拿，2019年12月2日现在，材料和生命科学领域的研究人员在研究3D样品时，可以更快速便捷地获取样品更深层次研究区域的信息。借助蔡司Crossbeam 350/550和Atlas 5的新功能，用户在对增材制造、电子工程、电池研究、生物材料和树脂生物标本上的生物组织进行多尺度、多模态研究时，将能够体验到更快的速度和更好的数据质量。获得深埋结构的信息并快速制造加工如今，研究人员在利用X射线显微镜数据来确定双束电镜取样位置，进行多尺度、关联研究时，可以进一步提高工作流程的效率。蔡司Crossbeam 350/550上新引入的特有技术LaserFIB，除了可以在大范围内进行快速、无镓引入的结构制造技术外，还能够了解深埋结构的信息。用户可以在专用腔室中进行激光加工，以避免污染电镜。添加到样品交换室中的新一代飞秒激光器可在短时间内进行大规模的材料刻蚀，而且几乎可以避免激光产生的热效应。与使用等离子体源的等效工作流程相比，在移除大量材料时，这一新工具的加工速度提升了50倍。LaserFIB可用于制造悬臂梁、纳米力学测试柱以及蔡司Xradia Ultra X射线显微镜样品等结构。此外，还可用于大截面的EBSD（电子背散射衍射）研究或在整个TEM栅网上确保无镓的引入。蔡司Crossbeam 350Laser —飞秒激光器安装在样品交换室上，可避免在激光加工过程中对腔室造成污染。改善关联工作流程、断层扫描数据质量和交互式数据环境蔡司推出了用于成像、3D断层扫描的蔡司Atlas 5以及用于分析和报告的扩展工具包。当使用X射线显微镜数据指导LaserFIB或FIB-SEM工作流程时，可以轻松找到感兴趣的区域，从而提高了关联工作流程的效率。用户可以更快更精准地定位所感兴趣的区域。定位完成后，便可进入薄而快的断层扫描环节。这种方法利用蔡司“True-Z”特有技术进行断层采集、切片厚度测量、改善可视化和数据处理。“True-Z”依次测量每个切片的厚度，并将其应用于三维重构。这样提高了最终重构的精度，在研究3D结构时，使得3D和4D建模更加准确，而且提高了分割精度。现在，利用强化的Atlas 5工具箱，用户可以更加高效地分析、呈现和共享结果。他们能轻松浏览多模态数据集的相关数据，同时还可以看到多达四个成像或分析模态。蔡司通过基于浏览器的全新查看器导出模块的增强版，可以更加轻松地查看故事板、精心制作的幻灯片，并开展数字培训。今年年初，蔡司在美国波特兰市举办的2019年美国电镜年会（M&M 2019）上推出了这些解决方案，该方案进一步拓展了显微镜技术的新模式，以推进样品制备、断层扫描分析和数据完整性。基于浏览器的查看器导出模块增强版展示了其在地质分析方面的应用。该样品是花岗岩的抛光薄切片，采用多种微观形态进行了研究。样品由美国科罗拉多矿业大学的A. Gysi提供。V

德祥科技联手美国Hysitron将于2011年3月5日在西安南洋大酒店举办微纳尺度力学测试与表征技术交流会，届时将由Hysitron中国区应用科学家宋博士担任主讲人。 更多产品请登陆德祥官网：www.tegent.com.cn 德祥热线：4008 822 822 邮箱：info@tegent.com.cn

【科学背景】过渡金属二硫化物（TMDs）作为二维材料，在下一代电子集成电路和光子集成电路中显示出巨大潜力。其中，菱面层状（3R）TMDs因其优异的电流密度和高载流子迁移率成为研究热点。然而，生长大尺寸单晶3R-TMDs面临着表面外延生长的挑战，这限制了层数和堆垛相位的精确控制。为了应对这一问题，北京大学刘开辉教授，中国人民大学刘灿副教授和中科院物理研究所张广宇研究员等人合作在“Science”期刊上发表了题为“Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals”的最新论文。科学家们提出了一种 “晶格传质-界面外延”的外延策略，成功实现了晶片尺度、厚度可控的3R-TMD单晶的通用生长。通过这种方法生长的3R-MoS2薄膜表现出高结晶度，显著提升了场效应晶体管阵列的性能，包括高再现性和超越行业标准的载流子迁移率。此外，厚3R-TMD通过差频发生过程实现了近红外波长转换和显著的非线性光学增强，展示出在片上集成2D晶体管和非线性光学器件方面的广泛应用潜力。这些成果有望推动3R-TMDs在后摩尔定律时代的纳米电子学、非挥发性存储器、神经形态计算、太阳能收集和量子光源等领域的前沿技术发展。【科学亮点】（1）实验首次采用“晶格传质-界面外延”的外延策略，成功实现了晶片尺度、厚度可控的菱面层状（3R）过渡金属二硫化物（TMD）单晶生长。（2）实验通过此策略，得到了以下几个关键结果：&bull 实现了高结晶度的3R-MoS2薄膜生长，显著提升了场效应晶体管（FET）阵列的性能，包括超过IRDS设定的高迁移率基准。&bull 成功实现了近红外波长转换和厚3R-TMD DFG过程中的显著非线性光学增强。&bull 预计这些3R-TMD单晶将成为一个多功能的材料平台，用于片上集成2D晶体管和非线性光学器件，推动其在后摩尔定律纳米电子学、非挥发性存储器、神经形态计算、太阳能收集、片上非线性光学器件和量子光源技术中的应用前沿。【科学图文】图1：3R-TMDs的表面和界面外延示意图。图2. 3R-MoS2多层单晶的表征。图3. 3R-MoS2及其合金单晶的通用外延研究。图4. 3R-MoS2 FETs的测量。图5：3R-MoS2单晶的DFG测量。【科学结论】本文通过创新的界面外延策略，实现了晶片尺度、厚度可控的菱面层状（3R）过渡金属二硫化物（TMD）单晶的大规模生长。传统表面外延法面临层间相互作用弱、层数控制困难的挑战，而本研究通过在单晶Ni衬底上持续供给金属和硫属元素，确保了3R堆垛序列的一致性和厚度的精确控制，从而获得了高结晶度和相位纯度的3R-TMD薄膜。这不仅显著提升了薄膜的电学性能，如高迁移率的场效应晶体管（FET）性能和非线性光学效应的增强，还为在电子与光学器件领域的深入研究开辟了新的可能性。本文的创新策略不仅适用于3R-TMDs，还为其他功能材料的制备提供了新的思路和方法。通过在界面控制的精细化处理下，不仅可以优化材料的物理特性，还可以定制化设计材料的结构和功能，进一步拓展了材料科学与工程中的应用前景。此外，通过3R-TMD单晶在能源转换、信息存储和量子技术等领域的潜在应用，本研究还提供了一个重要的实例，展示了如何通过基础科学的探索和工程技术的创新，推动材料科学领域的发展和进步。文献信息：Biao Qin et al. ,Interfacial epitaxy of multilayer rhombohedral transition-metal dichalcogenide single crystals.Science385,99-104(2024).DOI:10.1126/science.ado6038

近日，中国科学院大连化学物理研究所分子模拟与设计研究组研究员李国辉团队受邀在Current Opinion in Structural Biology上发表综述文章Multiscale Simulations of Large Complexes in Conjunction with Cryo-EM Analysis，系统介绍冷冻电镜技术和多尺度分子模拟相结合在生物大分子复合体结构和功能调控关系上的突破和方向。　　李国辉团队长期致力于理论与计算生物学方法发展与应用等方面的研究，近年来在生物大分子动力学功能机理之间关系的理论计算研究方面取得丰硕成果，引起广泛关注。　　该综述在生物大分子复合体研究的复杂性和挑战性背景下，回顾了近两年利用多尺度分子模拟和日趋成熟的单细胞冷冻电镜技术相结合的方法，在蛋白质-RNA/DNA复合体、蛋白质-蛋白质复合体、膜蛋白复合体等复杂生物体系多蛋白组装动态调控机制的相关研究，重点阐述了结合分子模拟和单细胞冷冻电镜方法自身特点和优势在复杂大分子生物体系时间和空间尺度的不断突破的观点，并提出未来挑战与发展趋势。相关研究广泛涉及生物化学、分子生物学、细胞生物学、生物物理学、计算生物学、化学等领域。　　相关工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项等的支持。结合冷冻电镜技术和多尺度模拟分析大型生物复合体动态组装和调控机制

2月28日，《自然—通讯》杂志在线发表了中科院金属所沈阳材料科学国家(联合)实验室成会明、任文才团队在石墨烯制备方面取得的一项新突破，他们通过金属外延生长方法，制备出了具有非常优异场发射效应的毫米级单晶石墨烯及其薄膜。 　　石墨烯优异的电、光、强度等众多优异性质使其在电子学、自旋电子学、光电子学、太阳能电池、传感器等领域有着重要的潜在应用，但大规模高质量制备技术是制约其进入实际应用的瓶颈之一。 　　目前制备高质量石墨烯的方法，有胶带剥离法、碳化硅或金属表面外延生长法和化学气相沉积法(CVD)，前两种方法效率低，不适于大量制备。而迄今由CVD法制备的石墨烯，一般是由纳米级到微米级尺寸的石墨烯晶畴拼接而成的多晶材料。 　　对于以金属基体生长的石墨烯，通常以腐蚀金属基体的方法来进行转移，不仅存在金属残存、转移过程破坏石墨烯结构的问题，而且污染环境、成本高、不适合贵金属基体。 　　成会明等采用贵金属铂生长基体，以低浓度甲烷和高浓度氢气通过常压CVD法，成功制备出了毫米级六边形单晶石墨烯及其构成的石墨烯薄膜。通过该研究组发明的电化学气体插层鼓泡法，可将铂上生长的石墨烯薄膜无损转移到任意基体上。 　　该方法操作简便、速度快、无污染，并且适于钌、铱等贵金属以及铜、镍等常用金属上生长的石墨烯的转移，金属基体可重复使用，可作为一种低成本、快速转移高质量石墨烯的普适方法。 　　该方法转移的单晶石墨烯具有很高的质量，将其转移到Si/SiO2基体上制成场效应晶体管，测量显示该单晶石墨烯室温下的载流子迁移率可达7100 cm2 V-1 s-1。 　　金属基体上大尺寸单晶石墨烯及其薄膜的多次重复生长，为石墨烯基本物性的研究及其在高性能纳电子器件、透明导电薄膜等领域的实际应用奠定了材料基础。

近年来，磁性斯格明子受到了广泛的关注。这些拓扑保护的非共线磁性自旋结构纳米粒子稳定在反转对称破坏的磁性化合物中，是手性洛辛斯基-莫里亚相互作用(DMI)以及铁磁交换相互作用的结果。为广泛研究的自旋结构先是在单晶和外延薄膜中非中心对称B20化合物中观察到的类布洛赫斯格明子，其次是在超薄铁磁层和重金属层形成的薄膜异质结构中的斯格明子。对非共线自旋结构的观察很多都是利用从晶体中提取的薄片进行的。磁性纳米粒子，即反斯格明子和布洛赫斯格明子，已被发现同时存在于由具有二维对称的反四方赫斯勒化合物形成的单晶片层中。然而，制作四方赫斯勒化合物的薄膜以及在其中的自旋结构测量仍然具有挑战性。图1. 100K温度MFM成像研究35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米磁性结构的演化 通过各种直接成像技术可以在真实空间中观察到斯格明子。近期，德国科学家Parkin等人使用低温强磁场磁力显微镜(MFM)成像来研究[001]取向的Mn2RhSn薄膜中的磁性结构。图1展示了在100K下随磁场增加而变化的典型MFM结果。为了进一步研究Mn2RhSn薄膜中观察到的纳米物体的稳定性，在矢量磁场存在下对35 nm厚的薄膜进行了MFM测量（图2）。图2 ：200K温度下，35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子在矢量磁场中的稳定性科学家在很大的温度范围内(从2k到280K)和磁场的作用下观察磁性纳米物体，从研究结果可知，形成不同的椭圆和圆形的大小孤立粒子取决于场和温度（图3）。此外，借助于由MFM产生的局部磁场梯度，科学家还演示了这些纳米粒子的产生和湮灭（图4）。图3. 35 nm厚Mn2RhSn薄膜中, MFM研究不同温度下的纳米粒子， 图a-f分别是5K， 50K, 100K, 150K, 200K, 250K温度下MFM成像数据 图4. 基于MFM显微探针技术控制35 nm厚Mn2RhSn薄膜中纳米粒子的产生和湮灭综上所述，由磁控溅射形成的Mn2RhSn外延薄膜中存在磁性纳米粒子。类似于单晶薄片，这些纳米粒子在广泛的尺寸范围内以及在磁场和温度下都具有稳定性。然而，纳米粒子并没有形成明确定向的阵列，也没有任何证据发现螺旋自旋结构，这可能是薄膜中化学顺序均匀性较差导致的结果。然而，在外延薄膜中发现了沿垂直晶体方向的椭圆扭曲纳米粒子，这与在单晶片中观察到的椭圆布洛赫斯格明子一致。因此，这些测量结果为Mn2RhSn薄膜中非共线自旋结构的形成提供了强有力的证据。实验结果表明，在这些薄膜中，可以利用磁性的局部磁场来删除单个纳米物体，也可以写出纳米粒子的集合。 低温强磁场原子力/磁力显微镜attoAFM/MFM I主要技术特点：温度范围：1.8K ..300 K磁场范围：0...9T (取决于磁体, 可选12T，9T-3T矢量磁体等)工作模式：AFM（接触式与非接触式）, MFM样品定位范围：5×5×4.8 mm3扫描范围: 50×50 μm2@300 K, 30×30 μm2@4 K 商业化探针可升PFM, ct-AFM, CFM，cryoRAMAN, atto3DR等功能 图5. 低温强磁场原子力磁力显微镜以及attoDRY2100低温恒温器 参考文献：[1]. Parkin et al, Nanoscale Noncollinear Spin Textures in Thin Films of a D2d Heusler Compound，Adv. Mater. 2021, 33, 2101323.

锂离子电池由于具有能量密度高、寿命长、充电快、安全可靠、绿色环保等诸多优异性能，与当今人民的日常生活已密不可分，在手机、电脑、电动车、电动汽车、航空航天等领域均有广泛的应用。 其中，Li2FeSiO4作为新一代锂离子电池阴材料，由于具有价格低廉、环境友好、安全性好等优势，在大型动力锂离子电池应用方面具有良好的前景。然而，Li2FeSiO4材料在不同温度具有不同的结构相（∼ 400 °C :Pmn21, , ∼ 700 °C ：P121/n1, and ∼ 900 °C :Pmnb），因此，研究其不同结构的电化学性质对于进一步对其进行改性研究尤为重要。 Waldemar Hergetta等人[1]采用高压光学浮区法获得了高温相（Pmnb）Li2FeSiO4单晶，并研究了晶体生长工艺参数对杂相的影响，相关结果已发表在Journal of Crystal Growth。作者所采用的高压光学浮区炉为德国SciDre公司的HKZ高压光学浮区法单晶炉。温度梯度分布[1]XRD图谱及晶体实物图片[1] 德国SciDre公司推出的HKZ高温高压光学浮区法单晶炉高可实现3000℃及以上的生长温度，晶体生长腔大压力可达300 bar，可实现10-5 mbar的高真空环境，适用于生长各种超导材料、介电材料、磁性材料、电池材料等各种氧化物及金属间化合物单晶生长。德国SciDre公司推出的HKZ系列高温高压光学浮区炉外观图参考文献：[1]. Waldemar Hergett, Christoph Neef, Hans-Peter Meyer, Rüdiger Klingeler, Challenges in the crystal growth of Li2FeSiO4, Journal of Crystal Growth, Volume 556, 2021, 125995,ISSN 0022-0248, https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125995.

p style=" text-align: center " img style=" width: 600px height: 275px " title=" 1.jpg" border=" 0" alt=" 1.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/a72768ab-977d-40f8-a938-7e0e2f4d8e60.jpg" width=" 600" height=" 275" / /p p 　　 strong 项目名称 /strong ：纳米尺度下材料的奇异相变行为 /p p 　　 strong 申报单位 /strong ：材料科学与工程学院 /p p 　　 strong 负责人 /strong ：王勇 /p p 　　 strong 01& nbsp /strong strong 项目简介 /strong /p p 　　纳米材料因其优异的性能和独特的结构，目前已成为材料研究领域最重要的方向之一。如何发现并解读这些新颖的物理现象，尤其是异于传统尺度下的新行为，是当前研究的重点，然而传统的研究手段无法满足上述需要。该项目发展了新的原位表征技术对纳米尺度下材料的相变行为进行了系统研究，发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存新现象。 /p p 　　不同于体材料的相变理论，纳米材料的相变需要考虑表面的贡献。如何可控引入表面贡献是研究和理解纳米尺度下相变机制的关键。项目自主设计楔形纳米样品成功引入梯度表面贡献，对纳米尺度下Cu2Se材料的相变行为进行了精确控温的原位研究，项目取得如下创新性成果： /p p 　　(1)首次发现二级相变材料Cu2Se构成的楔形纳米晶体中两相可以热力学稳定共存、对温度响应灵敏，并实现了相界面的原子尺度操控。 /p p 　　(2) 基于朗道理论和纳米尺度下表面效应建立了新的热力学模型，成功解释了上述异于块体材料的新现象。 /p p 　　论文Nanoscale Behavior and Manipulation of the Phase Transition in Single Crystal Cu2Se，2018年11月13日在线发表于Advanced Materials。 /p p 　　研究发现了纳米尺度下二级相变过程中两相共存的新现象，建立新的热力学模型拓展了传统相变理论，并实现了原子尺度相变的精确操控，将对相变的认识扩展到纳米尺度，为纳米器件设计提供新思路。 /p p 　 strong 　02& nbsp /strong strong 项目团队 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 391px " title=" 2.jpg" border=" 0" alt=" 2.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/df1f66bd-cd9d-4eb9-a12b-0e4289adcc40.jpg" width=" 450" height=" 391" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图1. 课题组照片 /span /p p 　　项目负责人王勇教授：2006年于中科院物理研究所获博士学位，随后在澳大利亚昆士兰大学进行博士后研究。2010年到2011年，在美国加州大学洛杉矶分校进行访问研究，2012年回国加入浙江大学。目前主要从事纳米环境催化材料的研究，共发表SCI论文140余篇，其中3篇Nature Nanotechnology, 1篇Nature Materials，40余篇发表在影响因子10以上的高水平期刊上。现为浙大电镜中心主任，中国电镜学会理事，材料物理专委会副主任，中国材料学会青委会理事。获2012年青年千人及2013年香港求是科技基金会“求是杰出青年学者奖”。研究团队包括张泽院士，美国张绳百教授，硅酸盐所陈立东教授、史迅教授，澳洲孙成华教授。 /p p 　 strong 　03& nbsp /strong strong 科学解读 /strong /p p style=" text-align: center " img style=" width: 450px height: 244px " title=" 3.jpg" border=" 0" alt=" 3.jpg" vspace=" 0" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/46b35d02-6f28-449f-b95d-b81e67b8cb1a.jpg" width=" 450" height=" 244" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center color: rgb(0, 176, 240) " 图2. 纳米尺度相变示意图 /span /p p style=" text-align: center " img title=" 4.jpg" alt=" 4.jpg" src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/b31c539b-2ee3-4697-bedf-2c9f2afc7e53.jpg" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图3. 原子尺度相界面操控 /span /p p 　　相变物质一般有高温相和低温相，根据传统理论，有的物质高低温两相可以同时存在(一级相变)，比如冰水混合物，但有些物质的高低温相不能同时存在(二级相变)，比如我们要研究的Cu2Se材料，它就像一山不容二虎一样，要么全是低温相，要么全是高温相。那么有没有可能突破传统的理论，实现Cu2Se的两相共存?针对这个挑战，我们进行了深入探索，发现适于体材料的传统理论没有考虑到表面的贡献，那么如果引入表面贡献会发生什么呢?如图1所示，一般的，体材料低温相加热到相变温度点就会全部变成高温相。我们巧妙地将Cu2Se材料制备成楔形的纳米样品后，惊奇地发现在相变点附近的一定温度范围内，低温相和高温相同时存在了!这显然违背了体材料的相变行为，其原因就是纳米尺度下，比表面积增大，表面贡献不能被忽视了。由于楔形样品表面贡献随其厚度而改变，从而改变了同一材料局域的相变温度，比如site 1和site 2有不同的相变温度，实现了两相共存，并且表面贡献的越大，其相变温度越低，所以高温相变是从边缘开始并逐渐向内推进。这样，我们实现了二级相变材料的两相共存，并通过精确控温又实现了相界面的原子尺度操控，以图一所示样品为例，升高温度(比如0.2度)，相界面从site 1迁移到site 2(精确移动3个原子层)，反之亦然。基于高温相与低温相物理性质不同，可以利用它们设计新型纳米器件。该工作发展最先进的原位技术重新研究了相变这一古老而且基础的物理现象，将对相变的认识拓展到纳米尺度，为纳米器件设计提供了新的思路。 /p

p style=" text-align: justify text-indent: 2em " Seeing is believing，光学显微镜自1590年由荷兰詹森父子创制伊始，即成为生命科学最重要的研究工具之一。进入21世纪，借助荧光分子，科学家将光学显微镜的分辨率提高了一个数量级，由约一半光波波长（250 nm）拓展至几十纳米，并兴起了超高分辨荧光成像技术，用于“看到”精细的亚细胞结构和生物大分子定位，相关工作荣膺2014年诺贝尔化学奖。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 9月9日，Nature Methods杂志在线发表了中国科学院生物物理研究所徐涛院士研究组与科学研究平台纪伟正高级工程师研发团队合作研究论文，题为“Molecular resolution imaging by repetitive optical selective exposure”，为超高分辨光学显微镜家族再添新成员，使显微镜分辨率进一步被突破。该工作提出了一种基于激光干涉条纹定位成像的新技术，并据此研制出新型单分子干涉定位显微镜（Repetitive Optical Selective Exposure, ROSE），将荧光显微镜分辨率提升至3 nm以内的分子尺度，单分子定位精度接近1 nm，可以分辨点距为5 nm的DNA origami（DNA 折纸）结构。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 226px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/bcbdc347-2f8b-464e-9014-787a341c1e21.jpg" title=" 徐涛院士组与科学研究平台研发团队实现分子尺度分辨率光学成像.jpg" alt=" 徐涛院士组与科学研究平台研发团队实现分子尺度分辨率光学成像.jpg" width=" 450" height=" 226" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图1 左侧，传统质心拟合定位方法，右侧，ROSE干涉定位方法 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 所谓干涉定位，是指采用不同方向和相位的激光干涉条纹激发荧光分子，荧光分子的发光强度与其所处条纹的相位有关，该技术即是通过荧光分子强度与干涉条纹的相位关系，来确定荧光分子的精确位置。为降低单分子发光时的闪烁和漂白对亮度和定位精度产生的不良影响，研发团队对显微镜光路进行了创造性地设计，分别为：基于电光调制器的干涉条纹快速切换激发光路，基于谐振振镜扫描的6组共轭成像光路，两种光路的同步实现了高达8 kHz的分时成像，确保在相机的单次曝光时间里把每个单分子发光状态均匀分配给6个干涉条纹，有效避免了荧光分子发光能力波动对定位精度的干扰。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 研发团队利用该技术对不同荧光位点间距的DNA origami阵列进行验证测试，证明干涉成像分辨率达到了3 nm的分子水平，可以解析5 nm的DNA origami阵列。后续的功能性实验结果显示，该技术在免疫标记的微管、CCP（clathrin coated pits，网格蛋白有被小窝）以及较致密的细胞骨架成像时展现出良好性能，该技术将为进一步解析精细亚细胞的组分和生物大分子的纳米结构提供有力工具。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 311px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/45780611-1a95-4748-a74e-d777d33bd780.jpg" title=" 分子尺度分辨率光学成像.jpg" alt=" 分子尺度分辨率光学成像.jpg" width=" 450" height=" 311" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " strong 图2左侧，不同荧光位点间距的DNA origami成像，ROSE技术与传统的质心拟合方法进行对比验证。右侧，鬼笔环肽标记的微丝成像，ROSE技术与传统的质心拟合方法进行对比验证。 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 徐涛院士领衔的仪器研发团队近年来致力于显微成像仪器设备和技术方法的研究和开发，先后研制出偏振单分子干涉成像、冷冻单分子定位成像以及超分辨光电融合成像系统，开发了新的超分辨显微成像算法、探针和技术，申请有多项发明专利，上述成果被广泛应用于细胞生物学相关研究，支撑团队与合作者在该领域取得了系统性成果产出。纪伟正高级工程师所在的生命科学仪器研发中心是根据研究所发展新技术新方法的迫切需求而设立，隶属于科学研究平台，在提供技术服务的同时，聚焦生物显微成像仪器设备的研发与应用推广。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 徐涛院士和纪伟正高级工程师为该文章的共同通讯作者，谷陆生、李媛媛、张淑文为共同第一作者。李栋研究员、薛艳红、李尉兴参与了本课题。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该工作受到中国科学院科研仪器设备研制项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及北京市科技计划等项目的资助。 /p

实现“双碳”目标的时代背景下迫切需要发展高效电能存储技术，锂离子电池作为最先进的电化学能源储存器件之一，在便携式电子设备及电动汽车等领域得到广泛应用。其中高镍正极材料由于具有高容量和低成本的特点，是最有前景的高比能锂离子电池正极材料之一。然而高镍正极材料严重的界面副反应与充放电过程的体积形变导致容量衰减快、安全性差与机械失效等问题，严重限制了其大规模商业应用。纳米晶粒长大成微米级单晶颗粒，不仅能够降低材料比表面积、减少界面副反应提高安全性，而且还能消除多晶二次球颗粒晶间裂缝问题，使高镍正极材料的安全性得到提高。 在国家自然科学基金委、科技部和中科院的支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室万立骏/郭玉国课题组近年来在单晶高镍正极材料研究中不断取得新突破。例如：针对单晶高镍正极材料动力学缓慢问题，系统研究了单晶高镍正极材料Li+扩散机制，提出了高价态过渡金属离子表面梯度掺杂以提高Li+扩散动力学方法（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 26535）。针对高镍正极严重界面副反应问题，建立了界面化学反应以实现均匀浸润的表面包覆方法，开发了多种单晶正极材料界面稳定化技术。如：利用磷钼酸与表面残锂发生反应，在单晶颗粒表面构筑了Li4MoO5离子导体包覆层（Nano Energy. 2021, 87, 106172）；利用Al(NO3)3、(NH4)2HPO4和表面残留锂反应，构筑Li3PO4-AlPO4双功能复合包覆层方法（Nano Energy. 2022, 94, 106901）。针对传统液相界面改性工艺流程长、复杂且成本高的问题，提出气相界面处理方法，成功在高镍正极材料表面构筑了厚度可控的致密无定形Li2CO3纳米包覆层，并发现电化学循环过程中Li2CO3与电解液反应原位转化成稳定的无机富氟正极/电解质界面相，显著提高了材料的电化学性能（Adv. Mater. 2022, 34, 2108947）。 除上述问题以外，由于高镍正极所属的层状过渡金属氧化物正极的晶体结构特点，机械化学失效（滑移、裂缝和扭折）成为其商业应用面临的另一重要科学问题。最近，课题组与中科院物理所肖东东等合作在高镍单晶正极的机械化学行为研究方面取得新进展。通过对高镍单晶正极在充放电过程中的滑移现象进行深入研究，在原子尺度上揭示了滑移的不同表现形式和过渡金属离子层内迁移的运动过程。基于实验与理论计算，提出了减少氧空位以提高位错运动势垒，进而抑制材料层间滑移和裂缝的改性方法（图1）；低氧空位单晶高镍正极材料表现出更优异的电化学性能，实验验证了该方法的可行性，为设计构筑高性能单晶高镍正极材料提供了有益参考。这一研究成果近期发表在J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 11338–11347上。 图1 氧空位影响层状过渡金属氧化物正极平面滑移的动力学机制示意图。 　　分子纳米结构与纳米技术院重点实验室 2022年9月28日

成果名称 时空多尺度神经环路活体成像技术 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 成果成熟度 □研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 光学成像技术是研究系统神经生物学的一个极其重要的手段。其中，通过光学成像技术手段跟踪简单模式生物神经环路中的信息传递来指导研究高等动物神经系统的动力学机制，是破译大脑信息处理功能的最有效途径之一。但是，目前光学显微成像技术的最高时间分辨率处于几十毫秒量级，尚无法捕捉动作电位在神经环路中的快速精细运动。因此，对神经元、神经环路活体光学成像技术开展研究，同时实现高空间分辨率和高时间分辨率的显微成像十分必要。 2012年，生命科学学院陶乐天研究员申请的&ldquo 时空多尺度神经环路活体成像技术&rdquo 项目获得了第四期&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金的资助。在该基金的资助下，申请人课题组购置了关键配件，开展了相关实验，有力地推动了仪器的研制工作。课题组基于其成员在光学系统研制和成像技术领域的丰富经验，利用高性能sCMOS科学级相机和高速光学调制器件，采用图像分块、分时复用技术和自适应光学波前像差实时校正技术，成功研制了一套时间分辨率达到5毫秒、空间分辨率达到0.5微米的显微成像系统，并将该系统应用于模式生物（线虫）神经环路的活体成像实验研究中。 应用前景： 目前该项目已经顺利结题，相关成果正在神经科学基础研究中进行推广。这项技术在神经环路的结构、发育、形成、维护研究领域的应用，将为新一代神经精神疾病的诊断、治疗技术提供科学依据和新的思路。

经过近三年的建设施工，国家重大科技基础设施建设项目——多模态跨尺度生物医学成像设施终于揭开了面纱！▼11月3日，由建筑部承建的多模态跨尺度生物医学成像设施工程竣工仪式在怀柔科学城举行。十一届全国政协副主席王志珍院士，北京大学校长龚旗煌院士，北京大学党委常委、常务副校长乔杰院士，成像设施首席科学家、国家生物医学成像科学中心主任程和平院士，怀柔科学城党工委委员、副主任丁明达，北京建筑设计研究院总建筑师吴晨，集团公司党委书记、董事长陈代华，集团公司党委常委、建筑部总经理张锁全等出席仪式。北京大学副校长、成像设施总指挥张平文院士主持竣工仪式。乔杰表示，从概念成形到蓝图绘就，再到拔地而起，成像设施已经走过十年历程，是新时代伟大变革的生动缩影。成像设施工程顺利竣工，对北大意义深远、责任重大。她希望项目加快设备安装调试，争取早日通过国家验收；引领学科发展，培养杰出人才，产出大成果；发挥辐射带动作用，服务怀柔科学城及北京市的创新发展。程和平表示，大科学设施是国家品牌，是重要的战略科技力量，更是教育、科技、人才的重要有机融合点，建好用好大设施，是机遇、是挑战，更是重重的责任。他说，会以基建竣工为契机，进一步做好科研与人才的统筹规划，当好科技创新和人才培养融合发展的先锋队，打造科技航母，让大设施发挥出国家战略科技力量的应有作用。丁明达向成像设施建设取得的成果表示祝贺。希望进一步加速项目进度，加快设备安装调试，力争项目早建成、早运行、早见效，同时也希望北京大学深度融入怀柔科学城，在创新装置平台建设、管理、运行机制方面探索新路径，为北京国际科技创新中心和科技强国建设做出新的贡献。陈代华表示，北京大学是我国顶尖高校，是国家培养高素质创造性人才的摇篮、科学研究的前沿和知识创新的重要基地、国际交流的重要桥梁。怀柔区是首都“四个中心”功能的重要承载地，怀柔科学城更是激发创新活力、服务国家战略、引领科技前沿的重要集聚区。面向未来，北京城建集团期待能在北京大学建设世界一流大学的过程中，能在“展翅腾飞看怀柔”的壮美篇章中，与北京大学、怀柔区加强全方位的深度合作，用更多优质服务和精品工程回报社会各界。最后，参加仪式的领导嘉宾共同为多模态跨尺度生物医学成像设施揭牌，还一起参观了“看见生命力”成像设施建设专题展览。多模态跨尺度生物医学成像设施是国家“十三五”重大科技基础设施之一，是北京大学科技创新的重要平台，也是北京以“三城一区”建设为抓手，建设全国科技创新中心的标志性工程。该项目于2020年3月启动基建施工，建设用地超6.6万平方米，新增建筑面积7.2万平方米，建设在怀柔科学城的核心区域。设施由四大核心装置和一个辅助平台构成，包括多模态医学成像装置、多模态活体细胞成像装置、多模态高分辨分子成像装置、全尺度图像整合系统以及模式动物等辅助平台和配套设施。项目投用后，可达到对生命体结构与功能的跨尺度可视化描绘与精确测量，破解生命与疾病的奥秘，实现高端生物医学影像仪器装备的“中国创造”。自项目竣工起，随着设备的安装和试运行，北京大学的科研人员、工程技术人员、运营团队以及大批师生将陆续进驻，运用成像设施开展多项重大科学研究。未来，该设施还将与美国、欧盟等地生物医学成像平台建立国际联盟，实行开放、流动、择优的机制，面向全国开放共享。

关于INSTEMS系统原位透射电子显微分析方法是实时观测和记录位于电镜内部的样品对于不同外场如力、热、电等激励信号的动态响应过程的方法，是当前物质结构表征科学中最新颖和最具发展空间的研究领域之一。受限于透射电镜样品室狭小的空间及特殊的结构，目前商业化的透射电镜原位力学样品杆多采用探针式力场加载，无法实现双轴倾转，大大限制了研究者从原子尺度下原位研究材料的力学行为及变形机制。针对这一世界性技术难题，百实创公司专项开发的INSTEMS系列透射电镜用原位原子尺度双轴倾转力、热、电一体化综合测试系统拥有独特创新设计的MEMS芯片以及与之相匹配的微驱动系统，保证了样品在透射电镜毫米尺度空间内实现力场与热场或电场耦合加载条件下，同时具备大角度正交双轴倾转功能，进而实现在多场耦合加载下材料原子尺度显微结构及其性能演化的原位观察与记录。该系统可实现1200℃高温下力热耦合加载，最大驱动力大于100mN，驱动行程大于4μm，最小驱动步长低于0.5nm，达到国际领先水平，极大的扩展了透射电子显微镜在材料科学原位研究领域的应用。本系统与各大品牌电镜有优异的机械及电磁兼容性，稳定性高，保证电镜原有的分辨能力。整合了独特创新设计的MEMS芯片与微型驱动器的高集成Mini-lab原位样品搭载平台，保证了不同形状、性质的样品在TEM中有稳定的力、热、电加载实验环境，并能精确控制参数变量；通过更换不同Mini-lab实验台，可以灵活的实现力、热、电单场或任意两场耦合加载，并能做到互不干扰。精密的结构设计保证样品能在场加载条件下实现大角度双倾，结合皮米级超高精度控制系统，确保显示的原子像无抖动、分辨率高。功能强大，操作便捷的控制软件提供了丰富的加载模式，并实时收集与处理数据，满足用户不同条件下的实验与测试设计要求。可实现多场耦合加载：ISTEMS系列产品具有高度集成的可定制化微型实验系统。通过更换不同功能的微型实验台（Mini-lab），该系列可灵活施加力、热、电等多种外场组合。Mini-lab独特的MEMS芯片设计和新颖的集成策略解决了小区域多场耦合加载兼容性难题。可独立控制多场加载，避免相互干扰。 原子尺度分辨率：INSTEMS系列结构紧凑的微型实验台和特殊设计的β轴倾转机构完美融合了多场耦合施加和双轴倾转功能，可轻松实现原子尺度分辨的动态观察。 高精度控制与测量：超灵敏微型驱动器稳定的四电极MEMS芯片 可靠的电学连接无干扰的电路布局 强大的高精度多通道源表确保INSTEMS系列产品可同时实现高精度加热、pm级驱动控制和pA级电信号测量。 适用范围极宽、功能易于扩展：INSTEMS系列适用于多种形态尺寸的材料（适用于块体以及一维、二维纳米材料）；可实现多种类型的多场耦合施加（热-力-电耦合）；加载灵活，可对样品进行拉伸加载、压缩加载、弯曲加载，也可进行纳米压痕实验；同时可根据用户需求进行功能扩展。适用于大部分固体无磁材料的研究。 关键技术指标与参数：热场指标温度范围室温~1200℃*加热速率＞10000℃/s温度精度≥98%测温方式四电极法EDS兼容性√力场指标驱动精度＜500pm最大驱动力＞100mN最大位移4μm电场指标最大输出电压±50V电流测量范围1pA-1A*电压测量范围100nV-50V双倾指标α角倾转范围±25°β角倾转范围±25°*驱动精度＜0.1°分辨率极限稳定性＜50pm/s*空间分辨率≤0.1nm* * 列出参数取决于Mini-lab型号与电镜状态。 硬件说明：样品杆部分包含双轴倾转样品杆与配套的Mini-lab实验台，MET型号样品杆可兼容所有类型的Mini-lab实验台。软件控制：力、热、电三场都具有丰富的加载模式可供选择：力场可选择单向拉/压加载或循环加载；电场拥有7种可供选择的波形加载；热场可自由设置温控程序。 应用范围1. 高温环境下的力学行为在力场与热场条件下原位实时观察材料原子像，并能获取成分信息。可应用于加速蠕变、高温相变、元素扩散、高温塑性变形、再结晶、析出相与位错的关系等方面的研究。原位原子尺度研究高温合金相在高温下（1150℃）的形变机理原位观察超级合金在400℃与750℃下塑性变形过程2. 高温环境下的电学行为 在热场与电场条件下原位实时观察材料原子像，并获取电场数据。可应用于热电材料、半导体、相变存储、电场可靠性分析、介电材料等领域的研究。 热电耦合条件下SnSe原位原子尺度失效分析3. 力与电场的交互行为在力场与电场条件下原位实时观察材料原子像，测量和控制样品电信号。可应用于压电材料、铁电材料、锂离子电池、柔性电子器件等领域的研究。 4. 力场、热场、电场单场条件下的材料组织变化可定量的控制单力场、热场、电场施加于样品，并实时原位的观察样品原子像及成分信息。高熵合金900℃条件下观察元素扩散创新点：一、独特设计的MEMS芯片以及与之相匹配的微驱动系统，保证了样品在TEM毫米尺度空间内，在力场与热场或电场耦合加载条件下具备大角度双轴倾转功能，进而实现在多场耦合加载下材料原子尺度显微结构及其性能演化的原位观察与记录。该系统可实现1200℃高温下力热耦合加载，驱动力大于100mN，驱动行程大于4μ m，最小驱动步长低于0.5nm，达到国际领先水平。 二、MEMS芯片采用特殊结构及材料设计，加热响应迅速（＞10000℃/s），温度精度高＞98%，热稳定好（＜50pm/s），使用寿命长（＞100h），相较于传统一次性使用的MEMS芯片，很大程度上降低了实验成本。 三、采用高度集成的可定制化微型实验系统，可实现力、热、电以及力热耦合，力电耦合和热电耦合等多种外场的施加。 四、适用范围广，不仅适用于多种类，多维度材料研究，还可实现包括拉伸、压缩、弯曲、纳米压痕等多种力场加载方式。 透射电子显微镜原位-原子尺度双倾力热电集成系统

由国家自然基金委、中国化学会联合举办的国际微纳尺度分离与分析会议于日前落下帷幕，共计近三百位来自全国各地的相关业界人士参加了此次会议。 服务科学、世界领先的赛默飞世尔科技公司以金牌赞助了此次会议。集中展示了Thermo Scientific Accela高效液相色谱仪、Transcend 超高速液相色谱仪、TSQ Quantum系列三重四级杆液质联用仪、LTQ Velos双压线性离子阱质谱仪和LTQ Orbiitrap Velos组合质谱仪。并重点展示了今年收入囊中的Easy nLC纳升级液相色谱，其拥有精确而无需标记的定量功能，稳定的无脉冲梯度可达100nL/min。可高效用于双向电泳与LC-MS联合分析蛋白质鉴定。ProteinCenter---数分钟内即可将复杂数据组转换为有意义的生物学数据；StageTips---- 快速可靠地完成样品制备；EASY-柱---对每个色谱柱进行单独检测，保障出色的色谱性能；Emitters&mdash 高效提升质谱分析能力。各个组件保障了Easy-nLC的卓越性能。让其成为专业人士在微尺度分离应用领域的得力助手，从而吸引了众多专家咨询。 19日中午，赛默飞世尔科技应用工程师李静做了题为：利用iSRM和Pinpoint软件进行目标蛋白质定量的报告。Thermo Scientific全新推出了一种灵敏度高、选择型好、高通量的定量方法并能同时确证目标蛋白质的策略。利用高灵敏度的TSQ Vantage质谱仪、Pinpoint软件和智能选择性反应监测（iSRM）来实现，与Western Blot或ELISA相比，周期更短、成本更低，更重要的是能进行与同一疾病相关的多个标记物同时测定且不需制备其相应的抗体，具有极大的应用优越性。 关于赛默飞世尔科技 赛默飞世尔科技（纽约证交所代码：TMO）是全球科学服务领域的领导者，致力于帮助客户使世界更健康、更清洁、更安全。公司年度营收达到100多亿美元，拥有员工35,000多人服务客户。这些客户包括：医药和生物技术公司、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所和政府机构以及环境与工业过程控制装备制造商等。公司借助 Thermo Scientific 和 Fisher Scientific 这两大品牌，帮助客户解决从常规测试到复杂的研发项目中所面临的各种分析方面的挑战。Thermo Scientific向客户提供了一整套完整的高端分析仪器、实验室设备、软件、服务、耗材和试剂，以实现实验室工作流程综合解决方案。Fisher Scientific 为卫生保健、科学研究，安全和教育领域的客户提供完整的实验室装备、化学药品、供应品和服务的组合。赛默飞世尔科技将努力为客户提供最为便捷的采购方案，为科研的飞速发展不断地改进工艺技术，并提升客户价值，帮助股东提高收益，还为员工创造良好的发展空间。欲了解更多信息，请浏览公司网站: www.thermofisher.com， 或中文网站www.thermo.com.cn；www.fishersci.com.cn。

仪器信息网讯 由国家自然科学基金委、中国化学会联合主办，复旦大学和上海交通大学联合承办的“2010年微纳尺度分离和分析技术学术会议暨第六届全国微全分析学术会议”于2010年10月18-19日在上海复旦大学召开。会议主题为“科技让生活更美好，微纳让科技更奇妙”。400余名国内同行和20余名国外专家参加，讨论交流微/纳尺度分离、微全分析、以及微/纳技术在化学生物学和生物医学领域中的应用问题。 会议现场 　　本届大会邀请了瑞士洛桑联邦高等理工大学Hubert H.Girault教授、高丽大学SanHong Lee教授、香港科技大学I-Ming HSING教授、延世大学Myeong Hee Moon教授、南京大学陈洪渊院士、卢森堡大学Bruno Domon教授、基金委化学科学部常务副主任梁文平研究员做了精彩的大会报告。 　　瑞士洛桑联邦高等理工大学 Hubert H.Girault教授 　　报告题目：Functional electrospray chips 　　Hubert H.Girault教授主要从事液/液界面电分析化学、电化学传感、生物传感、生物芯片、毛细管电泳、质谱等与生化分析相关的研究。其在会上主要介绍了Offgel® 毛细管电泳技术、聚合物的微机械加工，以及一种与质谱联用的新型电喷雾芯片，该芯片可应用于临床诊断。 　　 高丽大学 SanHong Lee教授 　　报告题目：Microfluidic microenviroment for cell study and stem cell differentiation 　　SanHong Lee教授来自高丽大学生物医学工程系，主要从事芯片实验室及生物微机电加工技术研究。他为与会者作了关于“微流控微环境用于对细胞和干细胞分化的研究”方面的报告。SanHong Lee教授介绍了目前模拟体内细胞方面的相关研究，并指出生物融合技术将是未来的发展趋势。此外，显微技术可用于控制微环境，将显微技术用于生物研究将可能发展成为一门新的科学。 　　香港科技大学 I-Ming HSING教授 　　报告题目：Nucleotide-mediated size fractionation of gold nanoparticles and a new immunoassay platform utilizing Yeast surface display and direct cell counting 　　I-Ming HSING教授主要从事生化分析微系统、DNA杂交的电化学监测、PCR-电化学微装置的集成等方面研究。在会上，I-Ming HSING教授介绍了核苷酸介导的黄金纳米粒子大小分馏技术，以及利用酵母细胞表面展示和直接细胞计数形成的高灵敏度免疫分析平台。 　　延世大学 Myeong Hee Moon教授 　　报告题目：High speed two-dimensional protein separation using isoelectric focusing/asymmetrical flow field-flow fractionation 　　Myeong Hee Moon教授来自延世大学化学系，主要从事生物大分子的二维分离、等电聚焦-场流分离技术、色谱质谱联用技术等研究。Myeong Hee Moon教授在报告中主要介绍了利用等电聚焦/非对称流场流分离技术实现二维蛋白高速分离方面的研究情况。 　　南京大学 陈洪渊院士 　　报告题目：PDMS表面功能及其应用研究 　　陈洪渊院士介绍了构建PDMS/PDDA-纳米金属杂化膜，及其表征和应用。该材料可作为细胞及其表面糖蛋白检测的优异基体材料，可用于剧毒农药的选择性研究及用于研制细胞区分芯片等。 　　卢森堡大学 Bruno Domon教授 　　报告题目：The Luxembourg personalized medicine life sciences initiative 　　Bruno Domon教授介绍了鸟枪法研究蛋白质组学的局限性，有针对性的蛋白质组学研究策略，以质谱为基础的临床蛋白质组学研究。此外，Bruno Domon教授指出蛋白质组学研究要注意质量控制和质量保证等方面的相关问题。 　　基金委化学科学部常务副主任 梁文平研究员 　　报告题目：化学学科发展战略调研与“十二五”优先发展领域 　　梁文平研究员在报告中阐述了三个方面的问题：目前中国化学基础研究现状与地位，“十二五”化学学科发展战略，以及“十二五”我国化学学科优先发展领域。详请请见本网新闻报道：“十二五”化学学科优先发展领域确定 分析仪器位列其中。

图1借助电场调控原子扩散获得两种不同异质结构的原位制备过程 在国家自然科学基金项目（批准号：11525415，61601116，51420105003）等资助下，东南大学孙立涛教授团队在“可视化”原子尺度制备研究方面取得进展。研究成果以“通过调控原子扩散实现不同异质结构的原位制备（Tailoring atomic diffusion for in situ fabrication of different heterostructures）”为题，于2021年8月10日在《自然通讯》（Nature Communications）在线发表。　　具有优异性能的异质纳米结构对于新型电子器件的开发与制造尤为重要。扩散被认为是制备异质纳米结构的主要技术方法，然而现有方法很难实现原子尺度扩散的精准调控，也很难实现单一异质纳米结构的可控合成，这严重制约了未来纳米器件的制造精度与制造水平。　　针对以上问题，孙立涛教授研究团队发展了一种基于原位透射电子显微技术的“可视化”原子尺度制备方法，通过电场调控实现了同一体系两种不同异质结构纳米单体（核壳结构和分段异质结构）的原位制备(图1)。与传统制备方法相比，不但制备的可控性好，整个制备过程还实现了原子尺度上的实时观测，原子的扩散迁移机制和结构相变过程等一目了然。该方法通过电场方向控制原子发生定向扩散的方向，焦耳热引起的温度变化调控原子扩散方式（表面扩散或体扩散），从而制备不同异质结构的纳米单体。该研究成果表明电场调节原子扩散是一种可控制备单一异质纳米结构的有效方法，同时也有助于更好地理解材料间原子扩散方向和扩散方式的微观驱动力和相关机制，让原子尺度制备方法更精准、更可控。　　“可视化”原子尺度制备是孙立涛研究团队提出的基于原位电子显微学技术，集力、电、光、热等多种加工手段于一体，实现原子尺度下材料与器件的精准制造与实时表征的新方法，不但可以直接揭示原子制备过程中的新原理、新机制，对实现稳定、可控的原子尺度制造也具有重要推动作用。

线上讲座 | 原位空间微纳尺度微区扫描电化学原理及应用 主讲： 黄建书 博士， 阿美特克科学仪器部应用经理 讲座简介：传统的电化学方法基于样品的宏观平均响应表征，在局部腐蚀、能源材料、光/电催化活性、电致变色、微流控组装，生物医学、多维梯度材料等研究方面，面临诸多挑战。国内外相关研究表明，微区扫描电化学技术以其原位微纳尺度空间分辨率等特点，在上述热门研究方面显示出巨大优势及广阔应用前景。 主讲人： 黄建书博士，目前任阿美特克公司科学仪器部应用经理。主要负责普林斯顿及输力强电化学产品的技术支持，应用开发，市场推广等方面工作。多年来与国内外大学，科研单位及企业研发机构保持密切合作，尤其在原位超高空间分辨率微区扫描电化学应用方面积累了大量经验。曾多次在国内外学术会议上，进行普林斯顿及输力强电化学前沿应用报告。 主要内容： 金属及涂层表面腐蚀过程的演化分析 水分解，氧还原等光电催化活性位分布研究 电池电极材料离子脱嵌动力学表征 为了便于您时间安排，本次应用讲座，将连续举办两场，请您选择合适时间报名参加 第一场： 6月30日14:00-15:30 第二场： 7月07日14:00-15:30

【期刊】Journal of Power Sources IF=9.13DOI：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.230459 【成果简介】 锂离子电池现已广泛应用于数码产品，医疗器械，和汽车等众多领域。可是，在使用锂离子电池的过程中，锂电池的性能会随着内部结构的老化而降低。这一问题会导致使用锂离子电池的成本增高。为了更加深入地了解锂离子电池在使用过程中老化的细节。奥地利林茨大学Gramse教授课题组近日利用扫描电镜专用原位AFM探测系统AFSEM对锂离子电池老化过程中电表面的形貌和导电特性的变化进行了纳米尺度的原位研究，其成果发表在Journal of Power Sources上。 AFSEM™ —使AFM和SEM合二为一：▪ 实现AFM和SEM的功能性互补▪ 让SEM实现样品的真实三维形貌成像▪ 在扫描电镜中进行AFM原位分析▪ 无需激光和探测器，适用于任何样品表面▪ 适配SEM不妨碍正常的操作 【图文导读】图1 用不同尺度和方法来研究锂离子电池的电化学表现。A）用电化学阻抗谱（EIS），电池循环和容量测试的方法研究锂离子电池的老化问题。 B)用电化学相关有限元的方法来研究电池的EIS表现。C）用AFM，AFSEM和SEM等表征手段研究电池循环后的纳米尺度上的彼变化。图2 电化学循环次数，充电状态和循环温度对锂离子电池阻抗谱的影响。A）电池不同循环次数后阻抗谱的变化。B）充电600次后，24℃条件下的电池阻抗谱。C）不同温度下，循环100次后电池阻抗谱的研究。 图3 锂离子电池的有限元模型。A）锂离子电池的一维有限元模型。B)不同薄膜阻抗下模拟的电化学阻抗值。C)电化学阻抗模拟值随着双层电容的变化。D)不同电材料颗粒大小对电化学阻抗模拟值的影响。图4 电池经过循环后，SEM和AFSEM对电池内部结构的原位微纳表征。A）经过不同次数的循环后，石墨阳表面的电子扫描成像。B）AFSEM对不同循环次数的阳表面形貌进行原位表征。C) AFSEM对不同循环次数的阴表面形貌进行原位表征。图5 利用AFSEM多功能探针对不同老化阶段的阳材料进行表征。A）为AFSEM原子力显微镜扫描获得的形貌图。B）扫描微波显微镜对样品表征结果。C）AFSEM提供的样品纳米尺度的直流电导率测量。 【文章总结】 奥地利林茨大学Gramse教授课题组利用AFSEM对老化锂离子电池电表面进行了纳米尺度的原位分析。这是因为AFSEM可以在电子显微镜所需的真空环境下运行。在获得电子显微成像的基础上，还可以获得样品表面形貌的信息。除此之外，AFSEM的多功能探针，也可以对样品指定区域的磁性，电学，力学，热学性能进行微纳尺度的表征。

近日，南开大学物理科学学院超快电子显微镜实验室付学文教授团队与美国布鲁克海文国家实验室Yimei Zhu教授团队等开展合作，基于自主开发的4D超快透射电镜，观测到了银膜上飞秒激光诱导表面等离激元的分布及动力学过程，为等离激元器件的设计和应用提供了指导。该研究于近日以“Nanoscale-Femtosecond Imaging of Evanescent Surface Plasmons on Silver Film by Photon-Induced Near-Field Electron Microscopy”为题，发表在国际重要学术期刊《Nano Letters》。近年来，付学文教授研究团队与合作者在4D超快透射电镜中发展了基于自由电子-光子强相互作用的光子诱导近场电子显微镜（PINEM）技术，并提出了一种新型双色光子超快泵浦-探测方案，将四维超快电镜的时间分辨提升了一个数量级（达到50飞秒），在飞秒与纳米时空尺度揭示了单个Mott绝缘体VO2纳米线的绝缘体-金属相变动力学过程（Nat. Commun. 2020, 11, 5770）。在本工作中，研究团队进一步用PINEM成像技术研究了银膜上表面等离激元的分布及超快动力学过程。表面等离激元是金属表面自由电子的集体共振振荡，可以将光限制在非常小的尺寸，实现在纳米尺度操纵光场。这些独特的优点使得表面等离激元在表面增强拉曼光谱、传感器、光伏器件和量子通信等领域具有广阔的应用前景。由于银纳米结构具有从可见光到近红外光范围内可调谐的表面等离激元共振特性，因此被认为是最重要的表面等离激元材料之一。银纳米结构表面等离激元的共振特性可以通过改变其形态、大小和其他参数来调节。为了更好地设计和使用等离激元器件，理解表面等离激元的产生、传播和衰减过程是至关重要的。然而，所有这些过程都发生在飞秒的时间尺度和纳米的空间尺度上。因此，以合适的时空分辨率直接表征和捕获不同银纳米结构的表面等离激元具有重要的意义。研究团队利用配备了电子能量损失谱仪的4D超快透射电子显微镜，通过PINEM技术研究了银膜上飞秒激光（波长515 nm）诱导的表面等离激元。实验得到的电子与表面等离激元近场相互作用后的能谱呈现出典型的PINEM能谱特征：电子能谱零损失峰（ZLP）两侧出现一系列离散的峰，其间隔为入射光子能量的整数倍，意味着电子在与表面等离激元近场相互作用中吸收或放出了多个光子（图1a）。通过改变泵浦激光的能量密度并对电子能量谱中的PINEM部分积分， 他们发现PINEM强度首先随激光能量密度线性增长，在15mJ/cm2达到饱和（图1a、b）。在15mJ/cm2的入射激光能量密度下，通过改变激光的偏振研究了PINEM强度的偏振依赖性。发现与纳米线、纳米棒等结构的偏振依赖性不同，激光偏振方向的改变不会影响银膜上的PINEM强度（图1c）。图1：a、不同入射激光能量密度下的电子能谱；b、相对PINEM强度与入射激光能量密度的关系；c、PINEM强度与入射激光偏振方向的关系。通过只选择吸收光子能量的电子进行能量过滤成像，他们直接观测到了表面等离激元的空间分布，并通过改变入射激光的偏振方向揭示了激光偏振方向对表面等离激元分布的影响（图2a）。表面等离激元在产生后首先沿着激光的偏振方向传播，然后在垂直于偏振方向的晶界处发生散射，在能量过滤图像中表现为偏振依赖的条纹。通过改变激光脉冲和电子脉冲之间的时间延迟，他们跟踪了光激发表面等离激元随时间的演化，实现了在纳米飞秒尺度对表面等离激元的直接可视化（图2b）。图2：a、t=-1.2 ps（左）和t=0 ps（中、右）时的能量过滤图像，激光偏振方向如绿色箭头所示；b、不同时间延迟下的能量过滤图像，其中激光脉冲的偏振方向与a（中）的偏振方向相同。棒状纳米结构的PINEM效应被广泛用于识别4D超快电镜中泵浦激光脉冲和探测电子脉冲的时空重叠。但是在这些实验中激光脉冲的偏振应该垂直于纳米结构的纵向轴，以最大限度地提高近场激发，这就使得这种方法在实际使用中受到一定限制。相比之下，银膜的PINEM信号不存在偏振依赖性，即入射飞秒激光的偏振可以是任意方向的，这使得银膜成为识别4D超快电镜时间零点的更好平台。此外，能量过滤PINEM图像上观察到的条纹也可能与光诱导周期表面结构(LIPSS)的机理有关，而LIPSS的形成过程是一个复杂的非平衡过程，其物理机制尚不清楚。鉴于PINEM成像的高时空分辨率，未来可进一步用PINEM技术从实验上探索LIPSS的物理机制。该研究工作不仅为各种微纳结构与超材料的表面等离激元分布及动力学研究提供了高时空分辨手段，同时对于银膜表面等离激元的激光能量密度和偏振依赖性，以及超快动力学过程的研究结果对微纳尺度表面等离激元器件的设计和应用具有重要指导意义。南开大学物理科学学院付学文教授为论文第一作者兼通讯作者，Yimei Zhu教授为共同通讯作者，南开大学2020级硕士生孙泽鹏为共同一作，南开大学为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部、天津市科技局、中央高校基础研究经费等的大力支持。（戴建芳）视频S1：通过 PINEM 成像 ( AVI )获得的飞秒激光激发下银膜上消逝表面等离激元的时间演化视频 S2：通过 PINEM 成像 ( AVI ) 获得的飞秒激光激发下银膜上消逝表面等离激元的时间演化，其中激光偏振与视频S1 中的偏振正交。文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04774付学文，南开大学物理科学学院教授，博士生导师，南开大学超快电镜实验室负责人，国家“四青”人才，天津市杰出青年基金获得者，担任国家重点研发计划青年首席科学家，入选2021强国青年科学家提名。2014年博士毕业于北京大学凝聚态物理专业（导师：俞大鹏教授），曾先后在美国加州理工学院和美国布鲁克海文国家实验室从事研究工作。2019年受聘于南开大学物理科学学院，建立了南开大学超快电子显微镜实验室和超快动力学研究团队，长期从事4D超快电子显微镜、超快阴极荧光等超高时空分辨电子成像与探测技术开发及其在低维量子功能材料的结构、载流子及自旋等动力学中的应用研究，在国际上率先发展了液相4D超快电镜技术、双色近场光学超快电镜技术和基于微波脉冲电子发生器的新型4D超快电镜技术。在Science、Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters、PNAS等具有影响力的国际期刊发表学术论文近50篇，其中第一/通讯作者论文26篇，申请发明专利5项。

我国生物医学成像领域的大科学工程——多模态跨尺度生物医学成像设施项目工程3日在北京怀柔科学城竣工。未来将对生命体的结构与功能进行跨尺度、可视化地描绘与精确测量，为复杂生命科学问题和重大疾病研究提供成像组学研究手段，助力全景式研究和解析生物医学重大科学问题。11月3日，多模态跨尺度生物医学成像设施工程竣工仪式在北京怀柔科学城举行该项目是《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》确定的10个优先建设项目之一，由北京大学联合中科院生物物理研究所、哈尔滨工业大学、中国科学技术大学等多家单位共同建设，项目总投资为17.17亿元，建设用地100亩，新增建筑面积7.2万平方米，项目预计2023年试运行，2024年验收。成像设施在科研、医疗、教育和产业等方面具有广泛需求。在要求“看得见、看得清、看得早”的重大生物医学问题的研究中，多模态跨尺度成像技术具有重要作用。视频来源：北京大学11月3日，参观者观看介绍多模态跨尺度生物医学成像设施项目的图文展览及设备展示。“如果无法看清发病过程中分子、蛋白、细胞、器官等的变化过程，就无法精准治疗疾病。生物医学成像设施可以多层次、全景式、可视化‘看见’疾病发生的动态过程，便于更好地筛选药物、对症下药。”北京大学国家生物医学成像科学中心副主任陈良怡说。据悉，成像设施项目主要包括多模态医学成像装置、多模态活体细胞成像装置、多模态高分辨分子成像装置、全尺度图像数据整合系统以及模式动物等辅助平台和配套设施等。未来将聚集相关领域优秀团队，建立完备的核心成像设施，形成跨尺度、多模态、自动化和高通量的生物医学成像全功能研究平台。11月3日拍摄的多模态跨尺度生物医学成像设施工程建筑群（无人机照片）。“成像设施将多层次、全景式揭示生命的奥秘。”北京大学国家生物医学成像科学中心主任、成像设施首席科学家程和平院士说，成像设施建成后将对中国生物医学成像的研发起到积极带动作用。

随着工业化、城镇化的快速推进，工业企业呈现明显的集聚态势，各类工业园区和工业集聚区已成为我国经济社会发展的重要引擎。但许多工业园区存在前期规划不合理、监管措施不到位、污染底数不清、企业有组织/无组织排放成分不明等问题，导致周边民众信访投诉不断，民众对化工园区抵触情绪较大。据统计，在江苏省各类环境信访投诉中，与化工企业和园区污染有关的高达30%。园区的大气污染不仅危害人体健康，影响政府与民众的互信关系，威胁社会稳定，而且极大程度上制约了社会经济的可持续发展。作为园区管理者，受约于大气输送的流动性与复杂性，难以判断污染来源，实现精细化管理。因此摸清园区污染源、大气环境现状与潜在环境风险底数，建立园区全覆盖式大气“污染地图”，实现大气污染实时监管，科学监测追根溯源，化工废气靶向治理，仍然是化工园区废气污染防治的重要工作。聚光科技（杭州）股份有限公司（以下简称“聚光科技”）引入先进自动化、信息化技术与智慧化管理模式，建立了一整套片区化、立体化的大气污染物在线监测预警系统，致力于解决工业园区大气污染小尺度溯源。针对工业园区内污染浓度分布进行实时监测，提供污染源分析报告和污染预警，可有效控制环境污染、降低监管难度、获取排放状况和规律、了解环境质量及变化趋势、预防突发环境污染事件、降低潜在环境风险。同时融合平台运行与日常理工作，实现园区“动态感知——问题发现——原因分析——问题处理 ”的闭环、高效管理目标。聚光科技所推出的大气污染溯源系统核心是一个基于排放和气象场的反算模型。该模型调取了地形参数和监测站数据、运用风场模型和流体力学的方法、基于溯源时段的污染源数据（如位置、高度、点源/线源/面源/体源、有组织/无组织、日常排放强度等），通过先进的技术分析手段快速识别出园区污染企业，对该污染企业进行有效管控，改善园区环境质量，降低恶臭投诉、污染突发事故及社会压力，建立公众与政府之间良好的互信关系，为人居环境安全与城市可持续发展提供科学保障。同时，也可为应对工业园区污染突发事件、工业园区规划、工业园区环境评估等提供技术支撑，具有广泛的应用前景。大气污染小尺度溯源解决方案通过“三步工作法”实现污染溯源，即“摸底布站、建模设值、溯源排查”。（一）摸底布站。首先通过查阅资料、现场勘查和实际检测对园区的污染情况进行摸底，建立园区“一企一档”。其次组织开展调研、考察和专家论证，在园区敏感点或企业边界布设监测站和气象站，确定子站数量和位置，建立园区立体监测网。（二）建模设值。建立溯源模型，通过对监测子站的数据园区地形地貌、企业基础信息等进行匹配和计算，能初判预警数据的排放源。通过仪器的试运行，针对园区内各污染因子设定对应的预警阈值，构建园区多级预警体系，自动触发大气污染溯源系统。（三）溯源排查。当某一站点或某一地区出现超标或投诉时，可触发平台端大气污染溯源系统对园区企业及站点的监测数据进行先进的数据分析，得出可疑企业名单。管理人员可对可疑名单进行现场确认与排查，最终锁定污染来源，要求企业治理整改，形成问题闭环。大气污染小尺度溯源已在江苏如东和安徽东至项目上有了具体应用。江苏如东沿海经济开发区管理平台监管了园区内70多家企业，建立了“自动化、智能化、立体化”的环境监测监控网络，基于监测数据的大数据分析，构建了园区综合决策平台，包括大气污染溯源系统、企业信用评价系统等，全面提升园区了智慧化管理效率，实现了污染靶向治理。

近日，中国科学院沈阳自动化研究所在基于微透镜成像研究方面取得新进展，提出一种将原子力显微镜（AFM）与基于微透镜的扫描光学显微镜相结合的无损、快速、多尺度关联成像方法。相关研究成果（Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging）发表在Advanced Science上。　　在半导体器件制造中，半导体晶圆的错误检测、缺陷定位和分析对于质量控制和工艺效率至关重要。因此，为了提高芯片特征结构的检测分辨率和效率，需要发展新的大范围、高分辨、快速成像技术。　　为此，依托于沈阳自动化所的机器人学国家重点实验室微纳米自动化团队提出了一种新的关联成像方法。科研人员将微透镜与AFM探针耦合，通过在面向样品的微透镜表面上沉积扫描探针，将基于微透镜的光学成像和AFM两者的优势结合，实现了三种成像模式——微透镜快速高通量扫描光学成像、表面精细结构AFM成像和微透镜AFM同步成像。　　实验结果表明，微透镜的引入提高了传统AFM光学系统的成像分辨率，成像放大率提高了3-4倍，有效地缩小了传统光学成像与AFM之间的分辨率差距。与单一AFM成像模式相比，成像速度提高了约8倍。高通量、高分辨率AFM和扫描超透镜关联显微镜为实现微米到纳米级分辨率的跨尺度快速成像提供了新的技术手段。　　研究工作得到国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目（基于微球超透镜的跨尺度同步微纳观测与操作系统）和机器人学国家重点实验室自主项目的支持。AFM和扫描微透镜关联成像示意图半导体芯片成像结果

近日，中国科学院沈阳自动化研究所在基于微透镜成像方面取得新进展，提出一种将AFM与基于微透镜的扫描光学显微镜相结合的无损、快速、多尺度关联成像方法，相关成果以论文的形式（Correlative AFM and Scanning Microlens Microscopy for Time-Efficient Multiscale Imaging）发表在国际顶级学术期刊Advanced Science (中科院一区，IF= 16.806)。在半导体器件制造中，半导体晶圆的错误检测、缺陷定位和分析对于质量控制和工艺效率至关重要。因此，为了提高芯片特征结构的检测分辨率和效率，需要发展新的大范围、高分辨、快速成像技术。为此，依托于沈阳自动化所的机器人学国家重点实验室微纳米自动化团队提出了一种新的关联成像方法。科研人员将微透镜与AFM探针耦合，通过在面向样品的微透镜表面上沉积扫描探针，将基于微透镜的光学成像和AFM两者的优势结合起来，实现了三种成像模式：微透镜快速高通量扫描光学成像、表面精细结构AFM成像和微透镜AFM同步成像。实验结果表明，微透镜的引入提高了传统AFM光学系统的成像分辨率，成像放大率提高了3-4倍，有效地缩小了传统光学成像与AFM之间的分辨率差距。与单一AFM成像模式相比，成像速度提高了约8倍。高通量、高分辨率AFM和扫描超透镜关联显微镜为实现微米到纳米级分辨率的跨尺度快速成像提供了一种新的技术手段。该研究得到了国家自然科学基金委国家重大科研仪器研制项目（基于微球超透镜的跨尺度同步微纳观测与操作系统）和机器人学国家重点实验室自主项目的大力支持。（机器人学国家重点实验室）AFM和扫描微透镜关联成像示意图半导体芯片成像结果