冰是自然界中最重要且分布最广泛的固体之一,在气候调节、生态系统维系及人类生产生活中发挥着不可替代的作用。然而,其微观结构及结晶、相变、缺陷行为等过程中的动力学机制仍有待深入揭示。透射电子显微镜(transmission electron micr...冰是自然界中最重要且分布最广泛的固体之一,在气候调节、生态系统维系及人类生产生活中发挥着不可替代的作用。然而,其微观结构及结晶、相变、缺陷行为等过程中的动力学机制仍有待深入揭示。透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)具备原子级成像和谱学分析能力,是研究冰的微观结构与动态行为的有力工具。然而,冰对电子束极为敏感,且在镜筒高真空环境中易发生升华,这些特性严重限制了常规TEM技术在冰表征中的适用性。本文系统回顾了冰的微观结构及早期TEM在该领域中的基础应用,接着综述了近年来由于低剂量成像技术与原位电镜技术的发展,冰的分子级成像和微观动力学研究的代表性进展,并展望了透射电镜在未来冰科学研究中的应用前景。本文旨在为深入理解冰的微观机制提供新的技术路径与研究视角。展开更多
透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)具有超高的空间分辨率,是化学、材料科学、物理学、生物科学等领域最重要的研究手段之一.影响TEM空间分辨率的因素众多,不仅包括电镜自身结构和成像原理等,还有样品性质等原因.为...透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)具有超高的空间分辨率,是化学、材料科学、物理学、生物科学等领域最重要的研究手段之一.影响TEM空间分辨率的因素众多,不仅包括电镜自身结构和成像原理等,还有样品性质等原因.为系统且全面地了解TEM分辨率的涵义、原理与应用,本文通过回顾TEM空间分辨率的发展历史,从理论上厘清了TEM空间分辨率的概念、物理涵义、影响因素和适用范围;从电镜装置角度,分别概述了电子枪、磁透镜、图像探测器和电镜内外部环境对空间分辨率的影响规律,以及单色器、像差校正器和新型图像探测器的发展现状;从实际应用角度,重点介绍了样品过厚、电子束损伤、积碳和原子振动等降低空间分辨率的作用机理及解决途径.本文可为非电子显微学研究者们正确使用TEM提供参考.展开更多
高分辨透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)原位实验是在纳米乃至皮米尺度上实时研究物质在不同场环境中的原子和电子结构变化、探寻材料在使役条件下性能根源的一类实验研究方法,在基础科学探索与产业技术研发的源...高分辨透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)原位实验是在纳米乃至皮米尺度上实时研究物质在不同场环境中的原子和电子结构变化、探寻材料在使役条件下性能根源的一类实验研究方法,在基础科学探索与产业技术研发的源头创新中起着不可或缺的作用.本文详细介绍了高分辨透射电镜原位实验研究的技术原理以及应用进展.按照原位电镜实验实现手段进行分类,概述原位电子束照射、环境透射电镜、四维超快电镜、原位加热、加电、力学、光学、液体、气体样品杆等各类高分辨原位电镜实验的实验技术、原理以及应用的最新进展.随着技术的进步,高分辨原位电镜实验正向着芯片化、复合化和定量化的方向发展,而目前所遇到的电子束、磁场的干扰以及成像速度问题相信在不远的将来会得到解决.展开更多
二氧化钛(TiO_(2))的形貌与其功能化应用密切相关,其是一种电子束辐照敏感材料,但特定形貌的纳米晶在电子束辐照下结构演变动力学机制尚未明晰。本研究通过水热法合成了具有条棒状(边缘陡直)、八面体双锥状(锥尖锐利)及薄片状的锐钛矿相...二氧化钛(TiO_(2))的形貌与其功能化应用密切相关,其是一种电子束辐照敏感材料,但特定形貌的纳米晶在电子束辐照下结构演变动力学机制尚未明晰。本研究通过水热法合成了具有条棒状(边缘陡直)、八面体双锥状(锥尖锐利)及薄片状的锐钛矿相TiO_(2)纳米晶,利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)原位监测不同形貌样品在电子束辐照下的结构演变过程。结合反傅里叶变换(inverse fast Fourier transform,iFFT)、电子能量损失谱(electron energy loss spectroscopy,EELS)和原位电子束辐照质谱等分析发现:TiO_(2)经过电子束辐照解离出O_(2)离子从而转变为γ-TiO;条棒状与双锥状纳米晶沿[100]方向辐照过程中,锐钛矿向γ-TiO的结构转变优先发生于边缘薄区并逐渐向内部扩展;而片状纳米晶沿[001]方向辐照过程中,相变区域无显著空间分布特征,且薄区易伴随非晶化现象。本研究揭示了由位移损伤和电离损伤协同作用下,TiO_(2)的形貌依赖的电子束辐照损伤机制,为辐照环境下TiO_(2)基材料的稳定性优化及利用电子束进行TiO_(2)/TiO异质结构设计提供了依据。展开更多
文摘冰是自然界中最重要且分布最广泛的固体之一,在气候调节、生态系统维系及人类生产生活中发挥着不可替代的作用。然而,其微观结构及结晶、相变、缺陷行为等过程中的动力学机制仍有待深入揭示。透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)具备原子级成像和谱学分析能力,是研究冰的微观结构与动态行为的有力工具。然而,冰对电子束极为敏感,且在镜筒高真空环境中易发生升华,这些特性严重限制了常规TEM技术在冰表征中的适用性。本文系统回顾了冰的微观结构及早期TEM在该领域中的基础应用,接着综述了近年来由于低剂量成像技术与原位电镜技术的发展,冰的分子级成像和微观动力学研究的代表性进展,并展望了透射电镜在未来冰科学研究中的应用前景。本文旨在为深入理解冰的微观机制提供新的技术路径与研究视角。
文摘透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)具有超高的空间分辨率,是化学、材料科学、物理学、生物科学等领域最重要的研究手段之一.影响TEM空间分辨率的因素众多,不仅包括电镜自身结构和成像原理等,还有样品性质等原因.为系统且全面地了解TEM分辨率的涵义、原理与应用,本文通过回顾TEM空间分辨率的发展历史,从理论上厘清了TEM空间分辨率的概念、物理涵义、影响因素和适用范围;从电镜装置角度,分别概述了电子枪、磁透镜、图像探测器和电镜内外部环境对空间分辨率的影响规律,以及单色器、像差校正器和新型图像探测器的发展现状;从实际应用角度,重点介绍了样品过厚、电子束损伤、积碳和原子振动等降低空间分辨率的作用机理及解决途径.本文可为非电子显微学研究者们正确使用TEM提供参考.
文摘高分辨透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)原位实验是在纳米乃至皮米尺度上实时研究物质在不同场环境中的原子和电子结构变化、探寻材料在使役条件下性能根源的一类实验研究方法,在基础科学探索与产业技术研发的源头创新中起着不可或缺的作用.本文详细介绍了高分辨透射电镜原位实验研究的技术原理以及应用进展.按照原位电镜实验实现手段进行分类,概述原位电子束照射、环境透射电镜、四维超快电镜、原位加热、加电、力学、光学、液体、气体样品杆等各类高分辨原位电镜实验的实验技术、原理以及应用的最新进展.随着技术的进步,高分辨原位电镜实验正向着芯片化、复合化和定量化的方向发展,而目前所遇到的电子束、磁场的干扰以及成像速度问题相信在不远的将来会得到解决.
文摘二氧化钛(TiO_(2))的形貌与其功能化应用密切相关,其是一种电子束辐照敏感材料,但特定形貌的纳米晶在电子束辐照下结构演变动力学机制尚未明晰。本研究通过水热法合成了具有条棒状(边缘陡直)、八面体双锥状(锥尖锐利)及薄片状的锐钛矿相TiO_(2)纳米晶,利用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)原位监测不同形貌样品在电子束辐照下的结构演变过程。结合反傅里叶变换(inverse fast Fourier transform,iFFT)、电子能量损失谱(electron energy loss spectroscopy,EELS)和原位电子束辐照质谱等分析发现:TiO_(2)经过电子束辐照解离出O_(2)离子从而转变为γ-TiO;条棒状与双锥状纳米晶沿[100]方向辐照过程中,锐钛矿向γ-TiO的结构转变优先发生于边缘薄区并逐渐向内部扩展;而片状纳米晶沿[001]方向辐照过程中,相变区域无显著空间分布特征,且薄区易伴随非晶化现象。本研究揭示了由位移损伤和电离损伤协同作用下,TiO_(2)的形貌依赖的电子束辐照损伤机制,为辐照环境下TiO_(2)基材料的稳定性优化及利用电子束进行TiO_(2)/TiO异质结构设计提供了依据。
