李建北

21世纪是材料革命的时代，近10多年，先进材料研究成果密集涌现，随着纳米材料和量子技术的发展，人类科研进入了微观领域，电子显微镜作为研究材料微观结构及其缺陷的手段，建立起了材料结构与性能之间的内在联系，目前，高分辨电子显微镜已成为人们认识微观世界的重要工具。随着科学研究向微观、动态、复杂化等方面的不断深入，人们发现在不同时间尺度存在着丰富的动态结构物理现象，其中，微观动力学过程的直接观测已成为物质科学和生命科学领域的重大挑战。世界各国科研人员都致力于研发新一代高时空分辨透射电子显微镜，可将时间分辨率提高至飞秒甚至阿秒，进一步在宽时域范围内直接探测原子结构和电子结构瞬态变化规律。中国科学院物理研究所李建奇研究员主要从事先进材料与结构分析、电子显微技术发展等领域研究工作，主要研究方向为电子显微技术发展，包括四维超快电子显微镜研发、原位电子显微镜技术、球差校正显微镜技术和电子全息研究。现已带领团队成功研制了国内第一台时间分辨超快电镜、世界首台时间分辨冷冻超快电镜、时间分辨场发射超快电镜，球差校正超快电镜并积极推动超快电镜在前沿科学领域的应用，对结构动力学、新奇量子现象的探索和动态物理过程研究都具有重要意义。据李建奇介绍，高时空分辨透射电子显微镜基于泵浦探测方法将超快激光(时间分辨)和电子显微镜(空间分辨)技术有机结合，电子显微镜结构经过创新设计改造后，利用紫外光聚焦到透射电子阴极上，产生超快电子脉冲 另一束激光导入超快电镜样品室，诱发动态过程，通过一个位移滑台控制两束光到达样品的时间，通过多次改变光程差，可得到相对于泵浦激光不同时间间隔的结构信息，将微观结构在原子尺度的动态过程播放出来，即可实现对样品超快动力学过程的研究。上世纪80年代，柏林工业大学Bostanjoglo教授提出了脉冲电子成像的概念，然而直到最近十几年，人们才将超快电镜的时间-空间分辨率提升至埃-飞秒量级。2012年，在中科院科研装备研制项目的支持下，李建奇带领团队率先在国内发展超快透射电子显微技术。他们先后突破光发射电子枪改造技术、样品室改造技术、激光-电镜联机技术、以及弱电子计量成像技术等技术壁垒，成功搭建了国内第一台基于热发射电子枪的超快透射电子显微镜，具有图像功能和电子衍射功能，其图像分辨率可达3.4埃、时间分辨率可达百飞秒，现已用于纳米材料晶格动力学、光诱导磁动力学和光诱导隐含量子态的研究工作，之后相继搭建成第二代高时空分辨超快透射电镜，掌握了光场、电场、热场对光电子产生过程的影响规律，积累了超快激光-透射电镜联机系列关键部件的改造技术，同时在发改委专项支持的怀柔“综合极端条件实验装置”建设中发展出了超快球差校正电镜新技术，为揭示功能材料中结构与物性间的关联机制、探索新奇隐含量子态提供了高性能实验平台，该设备已向国内外用户开放，为我国在超快前沿领域的研究提供支持。此外，在北京市科学技术委员会支持下，李建奇和团队着重于材料表面载流子的超快动力学过程研究的超快扫描电镜，目前也已落地于怀柔“综合极端条件实验装置”，在国家重点研发计划和中国科学院的支持下，李建奇团队和中国科学院生物物理所合作开发了冷冻超快电镜，为研究生命科学领域的超快过程提供了可能。李建奇表示，目前先进的高时空分辨电镜已经可以涵盖飞秒到微秒探测时域，全面揭示物质体系动力学性质，在超快结构动力学、超快磁动力学、新型隐藏量子态探索、激光场与物质相互作用、阿秒电子动力学等方面具有广泛应用前景。高时空分辨电镜的成功研制，从微观和动态两个层次探测物质结构、多自由度耦合及动力学运动规律，对探索物质科学和生命科学基本问题具有根本意义。“工欲善其事，必先利其器”，重大科学设备的发展推动着现代科学技术的进步。目前，国际上对超快电镜技术的描述主要划分为两代，而李建奇团队已着手开展球差电镜结合的第三代超快电镜技术、超快电子显微学技术，李建奇团队已经走在了世界前列。

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" font-size: 16px " “今天讲三个方面，一个是关于整个体系的情况，以及未来的一个发展趋势，还有目前大家关心的，对于三元正极材料的安全性问题解决的方案和大家做一个交流。” /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" color: rgb(255, 255, 255) background-color: rgb(255, 0, 0) " strong span style=" color: rgb(255, 255, 255) font-size: 16px " 以下为现场实录（未经原作者审核）： /span /strong /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" font-size: 16px " 各位领导、各位专家、各位来宾大家上午好！非常感谢中汽中心，在这里和大家一起就动力锂电正极材料现状及发展趋势进行讨论。 /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 299px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/d90435fd-d956-4840-ad44-425a29cf4207.jpg" title=" 李建忠：动力锂电正极材料现状及发展趋势.jpg" alt=" 李建忠：动力锂电正极材料现状及发展趋势.jpg" width=" 450" height=" 299" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " strong 北京当升材料科技股份有限公司董事、总经理李建忠 /strong /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 今天讲三个方面，一个是关于整个体系的情况，以及未来的一个发展趋势，还有目前大家关心的，对于三元正极材料的安全性问题解决的方案和大家做一个交流。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 首先来看目前的动力用的正极材料的主要的体系 /span ，主要是三类，一类是包括NMC和NCA的三元材料，目前单体能量密度可以做到280，在PACK领域可以超过160。第二类是磷酸铁锂，目前单体超过180，系统的能量密度目前可以做到145左右。当然还有一部分是锰酸锂，从目前主流的一些来看，不管是国内还是国外的主流车型这几年也是这样，逐渐有能量密度的提升。也可以看到，它的能量密度也有了很大的提高，特斯拉能量密度提升比较快一些，包括国内的车型基本在160每千克以上。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 从国际上的一些车型和国际上的主要电池厂目前主要选择的材料体系来看，不管从日本的索尼还有包括NSC，NCM还是占大多数的。现在，也在开发811（音），远景在没收购之前，提供第一代的811，现在开发第二代811，虽然没有推出出来，为了慎重起见，又测试了一遍，也说明了一个负责任的态度。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 国内的电池厂和国内配套的车，目前来说也是三元占了大多数，在大巴和乘用车方面包括磷酸铁锂有一部分。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 333、523不讲了，目前到6这一系列，其实6也发生了很大的变化，从最初的60现在做到65，甚至到了70，那么目前6列的最高的容量也将近了1：9，循环寿命比较好。从整个的可比容量来说，可以做到210以上，它的循环寿命常温的2000次以上，高温循环也可以做到1200次以上，足以满足整个使用寿命的要求。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 这是NCA的，可比容量做到215以上，压实密度在3.7以上，而且表示了很好的循环寿命。其实到了第三代，现在我们在做的开发出来的既不是简单的NCM，也不是简单的NCA，长城也是我们的客户，开发了四元材料，其实就是NCMA，现在韩国的国际客户他们用第三代的，实际上就是NCMA。加了A以后，输出性比较好，如果是M，在同样的镍含量下容量表现更高，NCMA以后，基本上输出性、容量各方面表现都比较突出，也表现比较好的循环寿命。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 还有一个是磷酸铁锂，其实现在磷酸铁锂已经到了单晶化和纳米化，在实验室可以做到可比容量已经是160以上了。表现出非常好的循环稳定性。当然如果我们做成磷酸锰铁锂，它的可比容量提高改变不是太大，但是它的电压平台从3.3提高到3.8，要提升20%到25%，但是实际做成电池能量密度提升到15%左右，说明还有提升空间。最主要的是它表现了非常好的一个热稳定性，同时还有循环性，以及它的倍率性。这个材料假设提升到了3.8V，我们可以和三元进行混合使用，保证了循环寿命、热稳定性都很好，成本又很低。如果把它的压实提升一下，尤其在负极上面做一些工作，能量密度上升以后，这一款材料表示出很大的优势，所以比亚迪说明年把体积密度提升50%以上，反正提高百分之二三十还是有可能的，这是目前的几款材料的现状。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 我们看一下未来的趋势 /span ，我们先从车厂来看，介绍一下欧洲的车厂。跟宝马我们也都是多年的老朋友了，定期保持技术上的交流，德国宝马那边也到当升这有四五次，看看宝马，基本上也是有一个续航里程的要求，成本降低的要求，希望能够在2025年前后他们的能量密度有一个大幅度的提升，但是用的可能是固态电池，这是他们的一个路径。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 那么这是欧洲另外一个主流车厂，也是和当升合作的。到2025年，他们希望到500公里以上，这个要到800瓦时以上的，当然续航能力达到700以上，他们仍然是使用固态锂电电池这一块，跟宝马有点类似。成本上希望到明年能降到每千瓦时小于100欧，目前其实已经到了这个成本，从今年上半年来看国内的成本大概在800-900千瓦时。刚才的材料体系也是用三元高镍化或者是其他的路线实现的，基本追求的目标是一样的。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 一个是来自于日本的合作伙伴，大家可以看到，它在右下角的正极材料体系仍然是热稳定性比较高的高热材料，所以它也是追求这么一个目标。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 这是咱们中国代表的一家电池厂，基本上也是目前它可以做到了如果是单体超过280，到明年可以做到300-350千瓦，需要在负极上做一点文章了。2025年以后，也是用到了固态锂电，希望达到350以上。所以总的来说，电池的一个路线，基本上沿着现在的还是在液态锂电下进行改变，走向固态，当然还是在锂电池下。按照这个材料的路线，基本上也是这样，比如说以三元材料为例，单晶化、高镍化，在未来我想过三五年，会取得突破，成本会进一步降低。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 从成本的角度讲，应该是逐年下降，但是这里目前可以这么说，单算它的原料和制造成本一定是实现我们所说的1块钱一下，但是追求到五毛六毛，前提是原材料成本恢复到正常，也就是说做到镍在12000每斤，但是如果原材料反复操作，那个时候要达到成本降低，可能还不大，所以原材料是很关键的，技术上是没问题的。当然未来作为福利蒙及进展也是比较快的。 当然，固态锂电的开发我想过个三五年也会有突破，从实验室来看，如果是用622做的话，而且是采用全固态，包括负极也采用金属锂负极，这个可比容量做到180以上，和液态锂电池下的水平差不多，而且循环利用得到了改善。这是未来的趋势。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 实际上大家关心最多的还是安全性问题，刚才赵总还有其他几位专家都提到了，从材料角度讲，确确实实目前最大还是来自于安全的挑战，这是热失控的图表，怎么解决150度内不出现热失控，出现热失控以后什么材料都没有用，所以我们要做的，除了材料的安全，材料的设计和制备，还有电池的设计和制备，以及正确的使用和维护。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " 首先从材料角度讲怎么提高安全性？在制备的时候，从全体系提高径向结构的强度，抑制一些分化、裂化的问题，比如说采用单晶化的，像国内的比亚迪，开始采用纯单晶的，还有采用混合适用的。还有一些掺杂改性，稳定材料晶体的结构，使它耐受高温高压，当然需要技术性的控制，我掺杂的元素让它到过渡金属位，不同位置是不一样的。当然也包括特殊的包覆的处理，稳定结构，减少过渡金属的溢出。还有对金属异物的控制。& nbsp /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em " span style=" text-indent: 2em " 当然最终我们还是希望能够实现固态锂电的突破，从根本上解决液态锂电下解决不了的问题。以上是我的报告，谢谢大家！ /span /p

p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 1986年4月，瑞士科学家穆勒和柏诺兹发现Ba-La-Cu-O材料在35K时开始出现超导现象。1986年底，中国科学院物理研究所赵忠贤院士团队和国际上少数几个小组几乎同时在镧钡铜氧体系中突破了“麦克米兰极限”，获得了40K以上的高温超导体。一时间，世界物理学界为之震动，“北京的赵”多次出现在国际著名科学刊物上。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 同年，李建奇在中国科学院物理研究所开始其凝聚态物理专业研究生阶段学习，正是师从赵忠贤院士，从事超导材料研究。后来，鉴于电镜对功能材料的结构解析能力比较强，便于研究，李建奇到李方华院士实验室进行相关电镜技术研究工作，至此，开始与电子显微学结缘。此后的科研工作也基本围绕电子显微学技术，从物理所围绕低温超导材料研究从事的低温电镜技术，到日本无机材料研究所围绕巨磁电阻材料研究的超高压电镜技术，到2002年归国回到物理所担任中国科学院北京电镜实验室主任，再到至今一直从事的超快电子显微学研究及设备搭建。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 近日，仪器信息网编辑有幸走进李建奇老师实验室，听李建奇老师分享了从原子尺度认知世界的前沿超快电子显微学技术，以及其与超快电子显微术的故事。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 334px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/06359024-a4b4-4a78-9c11-3f7f371f93da.jpg" title=" 李老师-.jpg" alt=" 李老师-.jpg" width=" 500" height=" 334" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) text-indent: 2em text-align: center " 李建奇： 中国科学院物理研究所研究员，博士研究生导师。曾获中科院百人计划（1998年），国家杰出青年（2002年），国家杰出青年团队成员（2002年），北京科学技术二等奖（2003）。主要从事强关联物理系统结构问题的研究，侧重于发展超快电子显微术，原位结构分析和Lorentz电子显微术。近期李建奇研究组采用独立研制技术路线成功研制了国内首台超快电镜，可实现超快电子衍射、超快实空间成像和激光原位诱导的结构变化观测，对结构动力学、新奇量子现象的探索和动态物理过程研究具有重要意义。 /span /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px " & nbsp span style=" text-indent: 2em " 随着国家一系列重大专项的实施，“纳米科技”、“量子调控”和“蛋白质工程”等具有前瞻性和战略性的前沿科学逐渐为人们所熟知。前沿科学的发展，诚然离不开本领域专家和学者的努力，但同样也离不开交叉领域，特别是实验技术领域的进步。超快透射电子显微镜（超快电镜），因能够在埃(1埃=10-10 米)-亚皮秒(1皮秒=10-12 秒)的空间-时间尺度拍摄结构的动力学过程，为解决多个重大学术问题提供关键线索，而备受全球物理学、化学、材料学和生命科学等多个领域的关注。例如，为了在原子尺度下研究药物的工作机理，2018年初英国罗莎琳德· 富兰克林研究所已决定投入1000万英镑与日本电子公司（JEOL）来共同开发超快电子显微镜技术。国内，中国科学院物理研究所（物理所）的李建奇研究员在大力发展超快电子显微镜技术。他们已完成了国内第一台超快电镜样机搭建工作，正在开发第二代超快电子显微技术，并积极同其它领域的专家合作推动超快电镜在前沿科学领域的应用。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 333px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/2eb740db-ce71-4c78-aaab-95a9242a271c.jpg" title=" 办公室.jpg" alt=" 办公室.jpg" width=" 500" height=" 333" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" margin-top: 10px text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-align: center text-indent: 0em color: rgb(0, 112, 192) " 李建奇办公室一角：专业内容之外，不乏书法、天文、地理等奇趣 /span /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 0px 0px 20px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) font-size: 18px " strong span label=" 明显强调" style=" color: rgb(0, 0, 0) font-style: italic font-weight: bold line-height: 18px " 一、超快透射电子显微镜——原子尺度的录像机 /span /strong /span /h1 p style=" text-indent: 2em " 结构决定功能，高精度结构研究是解析物质性并实现其宏观调控的关键。那么如何来研究物质的结构呢？所谓“眼见为实”，看到“结构”是其中关键的一步。然而，对于前沿科技所关注的纳米材料和蛋白质分子来说，“看得到”并不是一件容易的事情。两者的空间尺寸大约在0.1-100纳米（1纳米=10-9米）这个量级，远远小于人眼空间分辨率的极限，约100微米(1微米=10-6米)。近几年光学成像技术虽然取得了开创性的进展，超分辨光学显微镜的分辨率能够达到几十个纳米左右，但仍然观测不到纳米材料和生物大分子的结构细节。 /p p style=" text-indent: 2em " 高分辨电子显微镜是人们认识微观世界的重要工具。先进的球差校正透射电子显微镜具有0.05纳米的空间分辨率，能够拍摄单个原子的图像，是揭示材料微观结构的有效手段。利用透射电子显微镜配套的电子能量损失谱和电子全息，可以获取纳米材料的谱学信息，以及其周围纳米尺度电、磁场的分布等多重物理信息，为把握物质的宏观属性及实现性能调控提供重要线索。特别指出的是，随着冷冻电镜技术的发展，电子显微技术已经可以用于在原子尺度上构建生物大分子的三维结构。2017年，Jacques Dubochet、 Joachim Frank 和Richard Henderson三位科学家因在冷冻电镜在生命科学领域的贡献而获得了诺贝尔化学奖。 /p p style=" text-indent: 2em " 电子显微镜能够“看得到”原子尺度微结构的强大功能，使它在微观结构解析中有着不可替代的作用。然而，随着研究工作的不断深入，人们发现仅仅看到静态的微观结构（平衡态）是不够的，要想深入分析结构对物性的影响并实现宏观调控还需要厘清微观结构的动态过程（非平衡态）。也就是说，我们不仅需要有一台很好的“照相机”能拍摄到原子尺度结构的照片，还需要有一台很好的“录像机”能够拍摄原子尺度的动态过程。这是一件非常困难的事情。物理学中的电子态演化、原子分子振动，化学反转中化学键的断裂、分子解离以及生物光合作用中的能量传递过程大多发生飞秒（1飞秒=10-15秒）至皮秒量级的时间尺度；生物大分子振动、转动，蛋白质分子折叠过程通常发生纳秒量级的时间尺度。因此，为了研究这些超快的动态过程，“录像机”必须有极高的时间分辨率，每秒能够拍摄一万亿张以上照片。这显然远超CCD相机等常规录像设备的极限。 /p p style=" text-indent: 2em " 电子显微技术在时间分辨率上的突破得益于超快激光技术的发展，利用飞秒激光泵浦-探测技术，目前超快电镜的时间分辨率可达100飞秒以下。图1简要的说明了超快透射电子显微镜的工作原理。该方法的巧妙之处主要有两点。一是利用脉冲电子成像，解决快速曝光问题。飞秒激光辐照电子显微镜阴极能够产生与激光脉宽相近的光发射脉冲电子。考虑到脉冲电子本身带有的时间宽度信息，利用飞秒脉冲电子成像，能够将相对曝光时间控制在飞秒量级。二是将时间问题转化为空间问题，解决超快计时问题。光的速度约为3× 10 sup 8 /sup 米/秒，也就是说，光每走1微米的光程需要3.33飞秒，控制激发（泵浦）激光脉冲和成像电子脉冲之间的在微米量级的光程差就可以实现飞秒量级的计时。通过多次改变光程差，我们就可以得到相对于泵浦激光不同时间间隔的结构信息，可以像老式的胶片电影放映一样，将微观结构的在原子尺度的动态过程播放出来。超快电镜除能够在实空间、倒易空间、能量空间提供信息外，还能提供原子尺度时间域的结构信息，因此也被命名为四维电子显微镜。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 425px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/bc040bb2-6017-47fa-944d-aa2a53f1464f.jpg" title=" 图1.jpg" alt=" 图1.jpg" width=" 400" height=" 425" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 32, 96) " & nbsp span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) " 图1 超快透射电子显微镜原理示意图 /span /span /p h1 label=" 标题居中" style=" font-size: 32px font-weight: bold border-bottom: 2px solid rgb(204, 204, 204) padding: 0px 4px 0px 0px text-align: center margin: 10px 0px 20px " span style=" font-style: italic font-weight: bold line-height: 18px font-size: 18px color: rgb(0, 0, 0) " 二、物理所超快透射电子显微镜的发展 /span /h1 p style=" text-indent: 2em " strong span style=" text-indent: 2em " 1. 第一代超快透射电子显微镜 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em " 脉冲电子成像的概念在上世纪80年代由柏林工业大学的Bostanjoglo教授提出，然而，直到最近的十几年，人们才将超快电镜的时间-空间分辨率提升至埃-飞秒量级。其中，诺贝尔化学奖的得主，“飞秒化学”的创始人，加州理工大学的Zewail教授为四维电子显微技术的发展作出了巨大的贡献。目前，来自美国、加拿大、德国、法国、瑞士、日本以及韩国的多个课题组都在大力发展这项超快成像技术。2012年，中国科学院物理研究所的李建奇研究员团队在中科院科研装备研制项目的支持下，率先在国内发展超快透射电子显微技术。该团队先后攻破了光发射电子枪改造技术、样品室改造技术、激光-电镜联机技术、以及弱电子计量成像技术等技术壁垒，成功搭建了国内第一台超快透射电子显微镜。物理所第一代超快电镜基于JEOL2000EX热发射电子枪，具有图像功能和电子衍射功能，其图像分辨率可达3.4埃，时间分辨率可达百飞秒，已经用于纳米材料晶格动力学、光诱导磁动力学和光诱导隐含量子态的研究工作。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 399px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/649f462c-c1d5-4b71-ad9e-b22657410ad1.jpg" title=" 图2.jpg" alt=" 图2.jpg" width=" 600" height=" 399" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" text-align: center text-indent: 0em color: rgb(0, 112, 192) " 图2 第一代超快电镜显微镜(UTEM-JEOL2000EX)主要研发人员合影 /span /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=3E777A4B92FD492E9C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=7E78391C1A0141FD9C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script p style=" text-indent: 2em margin-top: 10px " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 超快电镜应用案例： /strong 视频S1显示马氏体（MT）过渡期间其域壁以皮秒的时间尺度溶解。显然，MT过渡从薄区域的边缘开始，然后传播到内部较厚的区域。激光能量密度为5 mJ cm-2。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 视频S2显示了皮秒域内MT域壁的振动与MT过渡耦合。结果表明，MT畴壁的对比度在最初的几个周期内急剧变化，然后振荡逐渐衰减并持续数百皮秒。激光能量密度为10 mJ cm-2。 /span /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 2. 第二代超快透射电子显微镜 /span /strong /p p style=" text-indent: 2em " 在发展第一代超快电子显微镜时，由于缺乏技术积累，物理所和国际上其它课题组一样基于热发射透射电子显微镜来开发超快电子显微技术。然而，受限于热发射电子枪的性能，第一代超快电镜系统光发射电子的相干性较差，图像分辨率仍有待提高。因此，物理所正在致力于发展第二代超快电子显微镜技术，重点解决光发射下透射电子显微镜的空间分辨率问题。第二代超快透射电子显微镜主要基于场发射电子枪，其电子相干性明显优于热发射电子枪，并且能够兼容球差矫正技术。可以预期，第二代超快透射电子显微镜的顺利研发必将使超快透射电子显微镜的空间分辨率再上一个台阶。图3是改造完成的超快场发射透射电子显微镜，基于JEOL2100F场发射透射电镜。作为“综合极端条件实验装置”的一部分，配有先进球差矫正器及电子能量损失谱仪的第二代超快透射电子显微镜预计将怀柔科学城搭建完成，并向国内用户开放，为我国前沿科学研究工作的开展提供设备支撑。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 468px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/0b2b7e19-6928-4255-aa67-4524964d5222.jpg" title=" 图3.jpg" alt=" 图3.jpg" width=" 400" height=" 468" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 图3 超快场发射透射电子显微镜（UTEM-JEOL2100F）（a）超快激光与场发射电子枪联机，电镜改造和光发射性能测量结果。 初步数据显示相干性好，脉冲电子聚焦点可以小于2nm，达到国际领先水平，为高时空分辨超快电镜研制提供了保障。(b)脉冲电子和激光相互耦合的能谱结构。(c)在飞秒激光作用下，银纳米线的近场成像。 /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 3.& nbsp 冷冻超快电子显微镜的发展 /strong /p p style=" text-indent: 2em " 冷冻电镜在生命科学领域有着重要的应用价值。为了解决生物样品的电子辐照损伤问题，探究生命物质中的动态过程，在国家重点研发计划（蛋白质机器的时间分辨率冷冻电镜成像技术2017YFA0504703）和中国科学院（生物超快冷冻电子显微镜研制2DKYYQ20170002）的支持下，李建奇团队同中国科学院生物物理研究所、北京大学积极合作，于2017年开始研发生物冷冻超快电镜（先于罗莎琳德· 富兰克林研究所）。该项目的顺利实施将有望实现冷冻电镜技术的全新突破，为生物大分子的超快动态过程研究提供全新利器，引领蛋白质机器冷冻电镜技术的国际前沿。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 400px height: 534px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/175bf4d8-86fb-40cc-9725-4caa2dbf0985.jpg" title=" 图4.jpg" alt=" 图4.jpg" width=" 400" height=" 534" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 图4 超快生物冷冻透射电子显微镜（UTEM-JEOL2100Plus） /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 379px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202009/uepic/cdbd09f9-4860-4eeb-8f58-fa8ab639b51f.jpg" title=" 图5.png" alt=" 图5.png" width=" 600" height=" 379" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-indent: 0em color: rgb(0, 112, 192) " 图5 李建奇研究员团队合影 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-size: 18px " strong 后记 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 电镜技术作为高端电子光学仪器技术，实现将之与飞秒激光技术的耦合，其技术及工艺难度可见一斑。李建奇回顾团队发展超快电子显微技术的历程中，从最初经费不足5000元买来废旧电镜拆解摸索与超快激光的关联，到日本电子协助下筛选适合的电镜机型，到获得部分经费整体研究项目步入正轨，到设备实现雏形、获得部分成果并受邀在国际会议上分享，再到生物物理所、武汉大学、北京大学等单位的定制合作与需求等，超快电镜技术从理论到设备的成功搭建，每一步都写满不易。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 对于超快电镜技术十余年的坚持，李建奇坦言，首先，期望大家能够认识到，“国产化”是值得去做的，我们这一代做不好，下一代还要面临同样的需求。其次，涉及多项关键技术的电镜技术，还需要国内多方合作，齐心帮助国产电镜向前迈一步。目前，李建奇在国产化方面推进了两项工作。一项是基于扫描电镜的超快电镜，项目已启动，若搭建国产扫描电镜，整体设备国产率达95%以上，且样机已完成搭建；另一项是基于透射电镜的超快电镜，受限透射电镜技术，整体国产率还相对较低。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " 李建奇表示，根据刚结束的美国电镜年会M& amp M 2020相关信息，预期接下来几年，国际上将有300余个实验室对超快电镜有需求。且目前日本电子（今年初，日本电子收购美国超快时间分辨电镜商IDES）、赛默飞也在积极关注这项技术的商业化。当前，国际上对超快电镜技术的描述主要划分为两代，李建奇团队已着手开展球差电镜结合的第三代超快电镜技术，超快电子显微学技术，李建奇团队已经走在世界前列。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-size: 18px " strong 附：李建奇简介 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 简介 /span /p p style=" text-indent: 2em " 李建奇，现任中科院物理所研究员，A06研究组组长。 /p p style=" text-indent: 2em " 1986年至1990年: 中国科学院物理研究所，凝聚态物理专业研究生，1990年获得博士学位。 /p p style=" text-indent: 2em " 1991年至1993年: 北京大学物理系博士后。 /p p style=" text-indent: 2em " 1994年至1995年: 中国科学院物理研究所, 国家超导实验室副研究员。 /p p style=" text-indent: 2em " 1995年至1996年: 德国Max-Plank 固体物理研究所,电子显微镜实验室博士后。 /p p style=" text-indent: 2em " 1996年至1998年: 日本无机材料研究所,客座研究员。 /p p style=" text-indent: 2em " 1999年至2001年: 美国Brookhaven国家实验室，电子显微镜研究室访问学者。 /p p style=" text-indent: 2em " 2002年5月至今: 中国科学院物理研究所, 研究员，课题组长。 /p p style=" text-indent: 2em " （期间：2002年－2009年，担任先进材料和结构分析研究部主任）。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 主要研究方向 /span /p p style=" text-indent: 2em " 1.电子显微技术发展。包括: 四维超快电子显微镜研发,原位电子显微镜技术，球差校正显微镜技术和电子全息研究。 /p p style=" text-indent: 2em " 2.功能材料的微结构及结构动力学分析。 /p p style=" text-indent: 2em " 3.新型超导体的结构及结构相变研究。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 过去的主要工作及获得的成果 /span /p p style=" text-indent: 2em " 1、功能材料微结构研究： /p p style=" text-indent: 2em " 在Fe-基超导体和巨磁阻Mn-氧化物和电子铁电体系统的研究中，解决了一些重要结构问题，取得了多项研究成果。主要研究成果包括，KyFe1.7As2 超导系列中的Fe空位有序态和相分离结构；铁的变价态问题及五价 Fe 的存在形式；巨磁阻Mn-氧化物系统的电子轨道有序排列；钙钛矿结构中的小极化子高Tc超导体的条纹相及电子相分离；电子铁电体LuFe2O4中的低温结构相变和电荷序；Fe2OBO3中的反相条带状畴结构和磁相变点强的磁电耦合效应；新型Fe基超导体的结构，空位序和相分离特性。 /p p style=" text-indent: 2em " 2、四维超快透射电子显微镜研制： /p p style=" text-indent: 2em " 电子显微镜在材料科学和纳米器件研究中发挥着重要作用，近期,我们在传统高分辨电子显微镜的基础上,成功研制了国内首台4D超快时间分辨透射电子显微镜. 2015年10月通过科学院专家组验收。2019年成功研发了新一代场发射阴极的时间分辨电镜。利用这种超快电子显微镜技术，可以得到物质的瞬间显微结构和原子图像（空间分辨率0.27nm），其时间分辨率达到飞秒时域（10-15秒），可以给出丰富的原子结构演变信息,超快电镜技术已经成为电子显微学的发展方向和学科前沿. 另外，我们研制的超快电镜也具传统的透射电镜的各项先进功能，可以直接进行原子结构观测和谱分析。国际专利（中国专利号：201410007910.2，国际专利号：2014/CN2014/076846）. /p p style=" text-indent: 2em " 在国际主要学术期刊上已发表论文380多篇，他人引用累计超过6800次，H-因子45。国际邀请报告80多次。近年承办了多次电子显微术和功能材料国际学术研讨会。 /p