高精度纳米力学测试系统

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp DNA如何包装成染色体，是科学家们一直努力破解的重要科学问题。近30年来，由于缺乏系统、合适的研究手段，作为染色质包装过程中承上启下的关键部分，30纳米染色质高级结构研究一直是现代分子生物学领域面临的最大挑战之一。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　科学家已经发现，染色质包装分4步完成，对应了染色质的四级结构：第一级结构是核小体 第二级结构是核小体螺旋化形成30纳米染色质纤维 第三级结构是30纳米染色质再折叠成更为复杂的染色质高级结构，即超螺旋体 第四级结构是超螺旋体进一步折叠形成在光学显微镜下可以看到的染色体。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　为解析30纳米染色质的高精度三维冷冻电镜结构，中科院生物物理所研究员李国红课题组及其合作者(朱平课题组和许瑞明课题组)在基金委重大研究计划“细胞编程与重编程的表观遗传学机制”支持下，自主建立了染色质体外组装和冷冻电镜技术(11埃)。利用这一技术，研究人员在国际上首次发现30纳米染色质纤维是以4个核小体为结构单元形成的左手双螺旋结构。同时，连接组蛋白H1在单个核小体内部及核小体单元之间的不对称分布及相互作用促成30纳米高级结构的形成，从而明确了H1在30纳米染色质纤维形成过程中的重要作用。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　2014年4月25日，在DNA双螺旋结构发现61周年的纪念日，《科学》杂志以Double Helix，Doubled(《双螺旋，无独有偶》)为题介绍了这项重要成果，并同期刊发英国剑桥大学教授Andrew Travers撰写的题为The 30-nm Fiber Redux(《30纳米纤维的归来》)的评论。该评论指出：(本文)结果明确地界定了染色质纤维中DNA的走向，解决了染色质到底是单股纤维还是双股纤维这个根本性的问题。本来似乎已经陷入困境的30纳米染色质纤维结构研究，又会重新成为生物学家们继续关注的焦点。该成果发表后受到国内外学术界的广泛关注，被多部世界知名最新版本教科书收录(《生物化学》《结构生物学》等)。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　据李国红介绍，在30纳米染色质纤维结构解析的基础上，他们通过与中科院物理所李明课题组合作，利用单分子磁镊技术对30纳米染色质纤维建立和维持的动力学过程进行了深入的探讨。在后续研究中，研究人员正在建立和完善描绘全基因组染色质结构的MNase-seq技术——gMNase-seq(细胞核内染色质结构分析方法)，通过蛋白质融合或不同大小的金颗粒修饰和改造MNase，提高MNase-seq的空间分辨率，进一步描绘了细胞核内染色质纤维三维结构的动态调控及其分子机制。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　“30纳米染色质纤维结构”先后入选“十八大以来中国科学院重大创新成果”和“中国科学院‘十二五’标志性重大进展核心成果”。该研究成果表明我国科学家在攻克30纳米染色质纤维高级结构这一30多年悬而未决的重大科学问题上取得了重要突破，这使我国在染色质结构研究领域达到国际领先水平。同时，也为预测体内染色质结构建立的分子基础以及各种表观遗传因素对染色质结构调控的可能机理提供了结构基础。 /p p br/ /p

近期，中国科学院南京天文光学技术研究所（以下简称南京天光所）研究员肖东团队设计研制了一种可用于高精度光谱定标的基于真空法珀标准具（FPE）的高稳定定标光源系统。日前，相关研究成果分别发表于《天文学杂志》（The Astronomical Journal）和国际光学工程学会会刊（Proc SPIE）。 《中国科学报》从南京天光所获悉，高精度光谱定标技术是运用视向速度法进行系外行星探测的关键技术之一，具有重要的科学意义。类地行星的探测和研究将定标精度的要求提高到10厘米/秒。 由于FPE对入射角度、腔长和折射率变化敏感，肖东团队从照明、气压和温度稳定性等方面开展研究，严格控制定标谱线稳定性。 肖东团队结合光纤扰模技术的研究基础，通过数值模拟和实验测试定量研究了耦合偏移和光纤扰动对定标光源输出谱线特性的影响，八边形光纤和双光纤扰模器可以极大提高光纤出射场稳定性，从而有效降低这种影响导致的谱线漂移。 在此基础上，肖东团队研制了满足定标谱线设计要求的光机系统和真空恒温系统，预期谱线自身稳定性能到10厘米/秒。后续，团队将利用激光频率梳同步定标技术对此定标光源谱线的漂移特性进行研究，并进一步探索验证此类定标光源的使用方法和实测定标精度。

AFM/SEM二合一显微镜-FusionScope作为一款全新的集成式显微镜，拥有强大的材料形貌表征能力。设备通过SEM侧向视野，精准定位探针位置，针对性地对目标区域进行扫描，在半导体加工、薄膜材料、磁性样品等领域都具有突出的应用优势。同时，FusionScope还具有免样品转移、高清快速成像、一键完成模块导航等优势，在实际测试中为研究者带来了极大的便利。基于聚焦电子束诱导沉积方法制备的具有精确纳米尺度3D几何结构的等离子体纳米结构，采用FusionScope进行了原位尺寸表征（Adv. Funct. Mater. 34, 2310110, 2023）；通过低温刻蚀法制备的具有高深宽比的纳米线阵列，也采用FusionScope进行了高度、形貌、均匀性和粗糙度等方面的细致分析与总结（Appl. Phys. Rev. 11, 021211, 2024）。这些研究表明，FusionScope在材料科学研究中具有广泛的应用前景。除此之外，FusionScope在力学测试中同样具有优异的表现。通过SEM提供的视野，研究者可以实现对特定样品表面的力学性能测试，并且能够清晰地观察探针对样品的压痕过程。无论是想要探究材料的硬度、弹性模量还是断裂韧性，能在FusionScope中得到答案！AFM/SEM二合一显微镜-FusionScope1. 指定单根纳米柱的弹簧常数测试FusionScope可以精确测量单根硅纳米柱样品的弹簧常数。设备可以在SEM视野下将探针精确定位于硅纳米柱样品顶端，探针在不断接触与返回过程中即可得出力位移曲线，通过探针施加的力与纳米柱位移的比值计算得到样品的弹簧常数（Microscopy Today, 17-22, 2023）。探针测量单根硅纳米柱动态过程探针测量单根硅纳米柱快闪图样品的力学曲线2. 纳米压痕试验测试样品硬度FusionScope可以轻松实现在纳米压痕实验中的力学控制，以静制动，原位视野下轻松测试，可视化呈现纳米压痕。通过设置不同的力测试纳米压痕的效果，得到样品硬度信息。在SEM视野下测试纳米压痕的效果精确计算压痕的面积，可以避免伪结果的影响。探针在样品表面压痕压痕区域面积的AFM图像3. 复杂样品表面的力学信息测量FusionScope能够快速对具有不规则表面的载药颗粒进行力学测试与动态测量过程。如下样品主要成分为VitaminC，通过扫描电镜可以观察到样品表面崎岖不平，粗糙度较高，在进行力学测试过程中，能够通过SEM观察到一种阶段式下针过程，从而得到分段式力学曲线，二者相辅相成，互为验证。倾斜样品的力学曲线测量动态过程倾斜样品的力学曲线测量快闪图阶段式力学曲线测试结果4. 定制化实现不同力学测试需求通过无探针悬臂梁自制球形探针，满足定制化的各种需求。无探针悬臂梁顶端蘸取SEM固化胶，通过电镜视野寻找合适的样品球并进行电子束轰击对其进行固化，从而实现对球形末端悬臂梁的制备。探针下压并且实现对球形样品的力学性能测试，得到力距离曲线，全过程在SEM视野下可见。无探针悬臂梁寻找样品球并且对其进行固化过程制备完成的球形端探针相关产品1、FusionScope多功能显微镜

p style=" text-indent: 0em text-align: center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202010/uepic/292673aa-e45e-4b57-a7c3-93a83223508b.jpg" title=" 1.jpg.png" alt=" 1.jpg.png" style=" text-align: center max-width: 100% max-height: 100% " / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-align: center text-indent: 0em " & nbsp Hysitron PI 89 SEM PicoIndenter：提供卓越的范围和灵活性 /span /p p style=" text-indent: 2em " strong 仪器信息网讯 /strong 美国时间2020年10月14日，布鲁克纳米机械测试业务（Bruker Nanomechanical Testing business）宣布发布Hysitron PI 89 SEM PicoIndenter& #8482 ，可在扫描电子显微镜（SEM）内提供比以往更大的负载和更极端环境提供纳米机械测试功能。将有助于研究人员进一步理解高强度材料的变形机理。新产品系统结合了布鲁克的高性能控制器、专有的电容式传感器和固有位移技术，以实现卓越的力和位移范围。 /p p style=" text-indent: 2em " PI 89 SEM PicoIndenter是第一台具有两种旋转和倾斜台配置的原位仪器。这使得样品可以灵活地朝向电子柱进行自顶向下的成像、向FIB柱倾斜进行铣削、主轴旋转进行晶体对准，并与多种检测器兼容以实现复杂材料的结构-性能相关性。 /p p style=" text-indent: 2em " “阿拉巴马大学很高兴成为布鲁克公司Hysitron PI 89 SEM PicoIndenter原位纳米机械测试装置的第一批用户，” span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 阿拉巴马州分析研究中心主任Gregory Thompson博士 /span 表示。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 机械工程学教授Keivan Davami博士 /span 补充说：“该平台的先进功能，可以在达到极限温度的同时，同时施加负载，将提供前所未有的结构表征捕获，包括透射菊池衍射和电子背散射衍射，以支持多个研究项目。” /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 布鲁克纳米机械测试业务总经理Oden Warren博士 /span 表示：“ Hysitron PI 89是我们用于电子显微镜原位纳米机械测试的PicoIndenter系列的有力补充。” “新平台具有出色的多功能性，易用性和刚度，可支持更高的负载，并拥有多项专利功能，可为客户在SEM中提供更广泛的测试灵活性和行业领先的性能。我们很高兴看到这个新一代仪器使新的研究成为可能。” span style=" text-indent: 2em " & nbsp /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 关于Hysitron PI 89 SEM PicoIndenter /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " Hysitron PI 89系统是布鲁克知名的Hysitron PicoIndenter用于SEM的测试仪器系列。 PI 89以布鲁克最先进的电容换能器技术为基础，为研究人员提供了一种功能强大的先进仪器，具有卓越的性能和多功能性。它的功能包括自动纳米压痕、加速机械性能映射（XPM）、疲劳测试、纳米摩擦学、薄膜和纳米线的推拉（PTP）张力（已获得专利）、直接拉力、SPM成像、电特性模块、高温测试（已获得专利）、旋转和倾斜台（已获得专利），并与使用EBSD，EDS，CBD，TKD和STEM检测器的分析成像兼容。 /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 关于Hysitron /span /strong /p p style=" text-indent: 2em " 2017年2月，布鲁克宣布收购纳米力学仪器制造商Hysitron(海思创)。该收购将Hysitron的创新纳米机械测试仪器添加到布鲁克已有的原子力显微镜(AFM)，表面轮廓仪，摩擦学和机械测试系统的产品组合中，大大提高了布鲁克在纳米材料研究市场的领先地位。 /p p style=" text-indent: 2em " Hysitron总部位于明尼苏达州的伊登普雷利，公司自1992年成立以来率先开发了用于测量纳米级材料的机械性能的解决方案。其领先的纳米压痕产品被学术界和工业研究人员用于材料科学、生命科学和半导体领域的应用。除纳米压痕和微压痕外，Hysitron的仪器产品还包括摩擦学、模量映射、动态机械分析、原位SEM(扫描电子)和TEM(透射电子)纳米机械测试。 /p p br/ /p

p style=" text-indent: 2em " span style=" text-indent: 2em " 在浙江大学张泽院士主持的国家自然科技基金委重大科研仪器设备研制专项《针对若干国家战略需求材料使役条件下性能与显微结构间关系的原位研究系统》的支持下，北京工业大学和浙江大学张泽院士、张跃飞研究员团队在扫描电镜纳米分辨高温力学原位仪器研制成果，以“A novel instrument for investigating the dynamic microstructure evolution of high temperature service materials up to 1150℃ in scanning electron microscope”为题，于2020年4月7日发表在《科学仪器评论》【 i Review of Scientific Instruments /i 91, 043704 （2020） doi: 10.1063/1.5142807】杂志上，并被选为主编推荐（Editor’s Pick）亮点文章，在其杂志网站首页作为重点展示。《 i Review of Scientific Instruments /i 》是美国物理学会旗下的关于仪器研究方面的专业学术期刊。 /span /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 352px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/c5f78264-b188-4f17-b720-1d5ac9aec7c4.jpg" title=" 1.png" alt=" 1.png" width=" 600" height=" 352" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 研究背景：目前国际上原位高温拉伸可获得高分辨SEM图像的温度只能到800 ℃左右，远不能满足高温材料研究的需求 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " 高温材料在服役过程中需要经受长期的高温和应力共同作用，因在航空、航天、核电、热发电等领域具有重要的应用，其生产研发应用水平已经成为衡量国家材料科技水平的标志之一。我国在高温材料领域如高温合金等，研发水平仍然需要寻求进一步突破，以满足国家重大战略需求。将调控、优化高温材料的制备过程、加工工艺、服役性能等环节建立在与之相应的显微结构研究与分析基础上，是指导高温材料研发的科学有效途径。 /p p style=" text-indent: 2em " 在传统的高温材料研究模式中，由于其高温力学性能测试与显微结构研究分别独立进行，导致难以获得动态力学行为与对应实时微观组织结构演化信息。扫描电镜（SEM）是对材料进行微观组织结构分析的主要科学仪器之一，SEM具有较大的便于集成的样品室空间，国际上也在竞相发展基于SEM的原位拉伸、加热以及高温拉伸仪器，力求实现材料性能测试与相应显微结构的同步关联性研究。但是在SEM中同时进行高温-力学性能-成像三位一体测试时， span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 目前国际上可获得高分辨SEM图像温度最高只能到800 ℃左右，还远远不能满足高温材料原位研究的需求。 /span 其主要问题是没有解决在SEM中进行高温加热时，高温热电子溢出进入SEM二次电子探测器使接收信号饱和的难题，导致原位SEM高温实验时图像发白，掩盖了样品表面形貌特征，失去微观组织分辨能力，如图1所示。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 215px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/c27210e6-3c33-4988-9876-8eddfdcc43ed.jpg" title=" 2.tif.jpg" alt=" 2.tif.jpg" width=" 600" height=" 215" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图1（a）1150℃时热电子对高温成像的影响，（b）热电子抑制后图像质量 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 研究成果：实现1200℃高温拉伸时样品微区原位、实时动态跟踪和纳米分辨、高质量的长时间成像 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " 在张泽院士的带领和指导下，团队科研人员近年来一直致力于原位高温扫描电子显微学方法研究和仪器的开发工作。 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 通过对SEM原位拉伸和加热测试系统的创新性结构设计、优化选材与热电子抑制技术，成功实现了1200℃高温拉伸时样品微区原位、实时动态跟踪和高分辨、高质量的长时间成像。 /span 科研团队在仪器开发过程中攻克并掌握了可以在SEM有限腔室空间内实现稳定运行的精密传动、准静态加载、原位视场追踪、闭环自锁、高精度测控、热源屏蔽、电磁屏蔽、真空兼容等多项核心关键技术。 /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 15px " br/ /p p style=" text-indent: 2em margin-top: 15px " script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=46BC6EBB7E77D8D99C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script br/ /p p style=" text-indent: 2em " 图2为原位高温拉伸仪器与SEM组合的系统设计图和实物图，该原位仪器系统具有多项技术优势：配合SEM功能附件(EBSD,EDS,GIS)可实现一定环境气氛中的高温应力条件下材料的显微晶体取向和微区成分分析；同轴双向对称加载，使观察区保持在SEM视场中心；多级减速结构合理设计，扭矩输出平稳，保证了力学测试稳定性和高质量成像要求；传动自锁，随时起停，适合原位成像；消磁加热结构，电磁干扰小；高效热隔离，环境温度影响小；热电子抑制，突破了800 ℃以上的SEM高温高质量成像难题等。 br/ /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 198px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/aac90d91-7015-4607-a4bf-bb39101ea9d2.jpg" title=" 3.jpg" alt=" 3.jpg" width=" 600" height=" 198" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图2. 位高温拉伸仪器与SEM组合的系统设计图(a)和实物图(b) /span /p p style=" text-indent: 2em " 凭借上述技术突破，所研制的原位高温拉伸仪器和SEM配合进行原位测试时，当样品温度保持在1150℃拉伸应力状态时，SEM在WD=25 mm长工作距离条件下仍然具备10 nm左右的空间分辨能力和31万倍放大的成像能力。如图3a所示，镍基单晶高温合金保持在1150 ℃、400 MPa拉伸状态时，扫描电 WD=22.5 mm（通常高分辨成像WD需要≤10 mm）、放大倍数为12万倍时的二次电子图像质量，图中样品表面D=10 nm的组织特征清晰可见。图3b显示了WD=25mm，镍基单晶高温合金保持在1150 ℃、530 MPa的高温拉伸状态时，放大倍数为31万倍时的二次电子图像质量，图3b是目前在高温和应力加载时所获得的放大倍数最高的SEM二次电子图像。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 278px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/f31c7d0a-586f-456f-8aaf-e4c8f77334f7.jpg" title=" 4.png" alt=" 4.png" width=" 600" height=" 278" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图3.一种镍基单晶高温合金在1150 ℃不同应力水平的SEM图像 /span /p p style=" text-indent: 2em " 所研制的高温拉伸仪器，需要在SEM腔室内与样品台配合使用。受SEM样品台承载能力和倾转功能的限制，拉伸仪器需要体积小，重量轻。通过双丝杠传动、样品轴心平面加载等优化设计，保证了拉伸仪器小型化后加载的系统刚度要求，实现了高精度力-位移测试和快速响应。通过原位拉伸仪器测试同批次的小样品力学性并与标样证书校验结果对比，其力学性能指标与宏观标样测试结果一致，保证原位拉伸仪器测试力学性能的准确性，并与宏观测试力学性能参数具有的可比性，如图4所示高温拉伸仪器与力学性能测试校验。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 426px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/0d759570-e160-4bd0-9436-c22122db44e9.jpg" title=" 5.tif.jpg" alt=" 5.tif.jpg" width=" 600" height=" 426" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图4. 原位高温拉伸仪器与力学性能测试校验 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 成果应用：原位仪器已应用于高温合金、钛合金等的研发与性能试验，并取得系列研究成果 /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " 目前该仪器已经用于国内高温合金的研发与性能试验中。如图5为使用该仪器对二代镍基单晶在1150 ℃时高温拉伸力学性能和微裂纹扩展行为的研究成果，它直接揭示了镍基单晶高温合金在近服役温度下，弹性到屈服阶段微裂纹的形核与扩展行为，捕捉并阐述了微裂纹优先在冶金缺陷孔洞边缘形核长大，并且在持续应力加载过程中观察到裂纹尖端以绕过γ′，在γ基体相中扩展并发展为主裂纹的过程。相关论文发表在金属学报杂志。【金属学报, 55(8): 987-996, (2019). doi: 10.11900/0412.1961.2019.00013】。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 503px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/eeca6546-ed0c-4a87-9b57-55d5f108037f.jpg" title=" 6.jpg" alt=" 6.jpg" width=" 500" height=" 503" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图5 镍基单晶高温合金1150 ℃原位拉伸微裂纹扩展与变形行为 /span /p p style=" text-indent: 2em " 如图5报道了在SEM腔室的真空环境中，样品温度保持在1150 ℃时，有微量氧气氛参与的镍基单晶高温合金表面初始氧化行为。使用该原位高温拉伸仪器在纳米分辨水平直接观察到了1150 ℃时镍基单晶表面氧化物的形核与长大过程，并通过对比有无应力作用时表面Al2O3生长动力学，揭示了由微量氧元素参与在接近高温合金叶片实际服役温度条件的初始氧化行为。相关论文以题为相关论文以题为“Initial oxidation behavior of a single crystal superalloy during stress at 1150° C”发表在近期 i Scientific Reports /i 杂志上。【 i Scientific Report /i 10,3089(2020). https: // doi.org/10.1038/s41598-020-59968-3】。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 479px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/56e0670f-9735-4ea0-b9da-193ff7826d6a.jpg" title=" 7.tif.jpg" alt=" 7.tif.jpg" width=" 600" height=" 479" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " 图6 镍基单晶高温合金1150 ℃有无应力的初始氧化行为与氧化动力学曲线 /span /p p style=" text-indent: 2em " 该仪器也可以用于原位高温拉伸EBSD研究，如图7为Inconel 740H为样品在650 ℃高温拉伸EBSD研究。实验结果表明，样品在650 ℃高温拉伸时，EBSD探头工作状态良好，花样识别率高，样品进入屈服阶段大应变量时标定率仍然可以保持在85%以上。通过该仪器与SEM和EBSD的结合，可以准确的判断晶粒的转动与变形滑移系的开启时的应力水平与对应显微组织状态，相关研究结果发表在 i Journal of Alloys and Compounds /i 820 (2020) 153424。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 290px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/3eac64ed-fa07-4a13-852a-f6dc6770a6e5.jpg" title=" 8.png" alt=" 8.png" width=" 600" height=" 290" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 176, 240) text-indent: 0em " 图7 Inconel 740H 650 ℃原位拉伸组织结构和晶粒取向的演变过程 /span /p p style=" text-indent: 2em " 此外，利用该项目开发的仪器和研究方法，对增材制造钛合金快速凝固组织与室温和高温力学性能方面的研究也已经有系列成果发表，【 i Journal of Alloys and Compounds /i 817 (2020) 152781； i Materials Science & amp Engineering A /i 749 (2019) 48–55； i Materials Science & amp Engineering A /i 712 (2018) 199–205】。利用该项目开发的仪器和研究方法，对锂离子电池正极材料、负极材料在电化学力学耦合作用下的结构演变与性能的原位研究方面也有系列研究成果发表【 i Extreme Mechanics Letters /i 35 (2020) 100635； i ACS Energy Letters /i ,2019,4,1907-1917； i Electrochimica Acta /i 2018, 269, 241249】。 /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 该仪器研发成功已经引起了国内外相关学者的广泛关注，2020年6月16日美国材料学会会刊MRS Bulletin的“News & amp Analysis Materials News”专栏也特别撰文对这一成果进行了介绍（In situ mechanical testing in an SEM performed at 1150° C with submicron resolution）。波士顿大学Christos Athanasiou博士评论认为“The capabilities offered are exciting for many. The developed instrument paves the way for exploring new mechanisms, which could serve as guidelines for designing ultra-tough ceramic nanocomposites for demanding environments”（开发的仪器提供了令人兴奋的测试能力，该仪器为揭示材料高温变形新的机理铺平了道路，比如可以用于指导超韧纳米复合陶瓷材料的设计等）。 /span /p p style=" text-indent: 2em " 该仪器成果已经承接了国内重点科研单位高温材料急需的原位测试需求。同时，通过科技成果转化，仪器产品已经在国内多家重点科研单位进行了推广应用，为这些单位的研究提供了强有力的实验和数据支持，促进了高温材料的研发。 /p p style=" text-indent: 2em " 博士生王晋、马晋遥、唐亮、桑利军，硕士生张文静、张宜旭等参与了仪器的功能开发与性能测试等，北京工业大学吕俊霞副研究员负责原位仪器的应用研究。这些工作也得到了北京市长城学者项目的支持。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 450px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202006/uepic/40e51be5-453d-4bf7-8279-acb7807dd7ea.jpg" title=" 9.jpg" alt=" 9.jpg" width=" 600" height=" 450" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-indent: 0em text-align: center " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 176, 240) " 图8 仪器研发团队合影 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 相关文章链接： /strong /span /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1063/1.5142807" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1063/1.5142807 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1557/mrs.2020.172" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1557/mrs.2020.172 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1038/s41598-020-59968-3" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1038/s41598-020-59968-3 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.ams.org.cn/CN/Y2019/V55/I8/987" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://www.ams.org.cn/CN/Y2019/V55/I8/987 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153424" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153424 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152781" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.152781 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1016/j.eml.2020.100635" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1016/j.eml.2020.100635 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.01.111" target=" _blank" style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.01.111 /span /a /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " a href=" https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.11.106" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.11.106 /a /span /p p style=" text-indent: 2em " br/ /p p style=" text-align: right " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 【本文系仪器信息网专家约稿 ， /span /p p style=" text-align: right " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " 作者：北京工业大学 张跃飞 研究员】 /span br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " -------------------------------------- /span /p p style=" text-align: left text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 延申阅读 /strong /span span style=" color: rgb(0, 0, 0) " br/ /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 6月16日，张跃飞研究员在 /span span style=" color: rgb(0, 0, 0) text-decoration: underline " a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCEM2020/" target=" _blank" style=" color: rgb(0, 176, 240) " span style=" text-decoration: underline color: rgb(0, 176, 240) " “第六届电子显微学网络会议(iCEM 2020)” /span /a /span 第2分会场“原位电子显微学技术及应用”会场线上报告视频回放如下，报告题目《扫描电镜原位高温-拉伸-成像进展与应用》： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=D16537227F20FE939C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script

国际标准化组织(ISO)最近发布了一份技术报告，它可以帮助专业人士对纳米制品进行毒理学测试。纳米技术被认为是在21 世纪促进经济增长的关键驱动力。它在多个领域的应用前景都很广阔，包括医学上的诊断和治疗，高效能源的开发，更轻便、更强有力又便宜的材料的制造，速度更快、功能更强大电子产品的生产以及更清洁、廉价的水的获取。该报告同时还特别提到了特殊纳米材料的作用，尤其是纳米粒子对人体健康和环境的影响以及ISO 在这些领域标准制定的进展情况。 　　ISO 发布技术报告ISO/TR 13014:2012，纳米技术—工程纳米材料理化特性毒理学评估指南，目的是在对纳米制品进行毒理学检测前，为健康专家及其他专业人士理解、计划、确定和处理纳米制品的相关理化特性提供协助。 　　制定ISO/TC 13014 标准的ISO 工作小组负责人Richard Pleus 博士认为，通过对纳米制品化学和物理特性的不断了解，有利于减少纳米材料的毒性和开发更为安全的替代产品。这份报告中涉及的已经完成的工作中在毒理学方面非常重要的一点是，它会告诉科学家正在被检测的物质该是什么样子，成分是什么，它与周围环境又是怎样相互影响的。

研发生物材料的主要挑战在于预测在被植入人类身体之后如何反应，以及如何与组织、血液、及其他生物医药材料反应。为了准确预测，需要在尽可能接近人体的条件下研究材料的行为。安东帕为此提供了一系列高精度分析仪器，并在2019年特别关注生物医学应用，为这些工作提供支持。 安东帕的产品组合涵盖了从压痕和划痕测试到摩擦学测试和化学表面分析的各种方法，测量的指标包括弹性模量、硬度、蠕变、涂层附着力、耐刮擦性、摩擦磨损、zeta电位、蛋白质吸附动力学等，使医学研究人员能够根据有效的科学数据对生物应用的新材料进行鉴定。 安东帕的MCR摩擦磨损仪通过软体、皮肤、组织等材料的模型尺度测试提供了这种可能性。从几纳米/秒到1米/秒的范围和动态负载范围，它可以在接近真实条件下模拟材料的摩擦和磨损行为，并使用数据创建合适的模型。调查老化行为的另一个工具是安东帕生物压痕仪UNHT3 Bio，它专门为生物材料研究所开发。凭借出色的分辨率和以研究为导向的特殊功能：如受控力与深度测量，您可以深入地了解您的生物医学样本。为了补充分析工具范围，安东帕的SurPASS 3表面电荷分析仪可通过zeta电位研究直接进行生物材料界面分析。定制的测量槽可适用不同形状和几何形状的生物材料样品，仅需按一下按钮即可进行。 多年来，安东帕一直专注于生物材料的表面表征，如假肢、植入物、组织（生物和人造）、生物聚合物、牙齿、眼科应用、生物膜、医疗设备等。

仪器信息网讯 在第六届上海慕尼黑生化展中，HORIBA推出了最新的高精度荧光寿命测试系统DeltaPro。 高精度荧光寿命测试系统DeltaPro 　　该款仪器采用模块化设计，具有超宽荧光寿命测试范围(25ps-1s)，可以满足荧光、磷光寿命测定要求；配备多种脉冲半导体光源，包括DeltaDiode、NanoLED和SpectraLED，用户可以根据自己的需求选择不同的光源；其中，最新设计DeltaHub计时模块，死时间极短(10ns)，无需再校准；另外，大样品仓设计可加载搅拌和控温装置；皮秒检测模块标准配置为250-850nm，可升级至1700nm。 　　据介绍， HORIBA一直致力于荧光光谱仪的研发和销售，相继推出了Flurolog-3模块化荧光光谱仪、NanoLog红外荧光快速测量系统、FluroMax-4紧凑型荧光光谱仪、FluroCube荧光寿命光谱仪、Tempro荧光寿命测量单元、DeltaPro高精度荧光寿命测试系统、DynaMyc荧光寿命成像显微镜等。并且也一直在积极的推进相关应用标准的制定工作。

p 　　安东帕近日宣布推出新型高温纳米压痕测试仪UNHT³ HTV。作为测量低载荷下纳米尺度机械性能的测试系统，UNHT³ HTV可用于测量温度在 800 ° C 以下的薄膜和涂层的硬度和弹性模量。其专利 UNHT 技术与独特的加热功能结合，可提供在任何温度下的高稳定性测量解决方案。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201702/insimg/71016a8c-f6a0-4c09-81ab-e26ce87e40b8.jpg" title=" UNHT3_HTV_w.jpg" / /p p 　　UNHT3 HTV的核心是基于非常成功和专利的超纳米压痕试验机(UNHT)。 /p p 　　测量头已针对高温操作进行了优化，并结合了正在申请专利的样品台，可以在工作范围内的任何温度下进行测量，并具有最高的热稳定性。这样的测量特性引发了研究人员的兴趣： /p p 　　环境条件下最低热漂移 (& lt 0.5 nm/min) 和整个温度范围内最低热漂移 (& lt 3 nm/min)。 /p p 　　最高载荷框架刚度 (& gt & gt 106 N/m) 和最低框架柔度 (& lt & lt 0.1 nm/mN)：两套独立的位移和载荷传感器与高精度电容传感器结合，可选择“实际深度”和“载荷控制”模式。 /p p 　　高真空系统具有 5 轴磁悬浮涡轮泵和缓冲系统，允许在测量期间关闭初级泵，使泵振动降至最低。 /p p 　　独特的加热控制系统(3 项专利待批)，采用3 个红外 (IR) 加热器分别用于给压头、参比 压头和样品加热，以及 4 个热电偶用于将样品表面温度控制到 变化在0.1° C 内。 /p p 　　符合 ISO 14577 和 ASTM E2546 国际标准 /p p br/ /p

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 2020年10月24-25日，中国颗粒学会第十一届学术年会在福建省厦门市召开。济南微纳颗粒仪器股份有限公司作为“金牌赞助单位”精彩亮相，携Winner802光子相关纳米激光粒度仪进行现场测试，并荣膺中国颗粒学会颁发的“优秀团体会员”。会议期间，仪器信息网特别采访了济南微纳颗粒仪器股份有限公司董事长任飞，探秘济南微纳今年的业绩表现及未来战略布局。 /p p style=" line-height: 1.5em margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 与大多数同行情况类似，济南微纳第一季度受疫情影响业绩同比去年略低，任飞表示，从第二季度开始市场逐步回暖，尤其是随着一系列利好政策的出台，销售额稳定增长，第四季度进入全面冲刺阶段，业务量出现持续增长。公司持续优化结构，确保为客户提供高质量的产品与服务。 /p p style=" line-height: 1.5em margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 当前颗粒表征与测试领域竞争日趋激烈，各大仪器厂商都在积极寻求新机遇。任飞认为，未来的市场发展机遇有两方面：一是工业产品的粒度检测会向在线测试的方向发展，二是高校科研院机构所对高精度的颗粒测试仪器需求旺盛。济南微纳以高等院校为依托，拥有30多年的技术研发团队，任飞说到：“公司将进一步加大在线测试粒度仪的研发投入，加强高精度测量技术的深入研究，以期达到国际领先水平。” /p p style=" line-height: 1.5em margin-top: 10px " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 更多精彩内容，请点击视频查看： /p script src=" https://p.bokecc.com/player?vid=7E6906B01689E1EB9C33DC5901307461& siteid=D9180EE599D5BD46& autoStart=false& width=600& height=350& playerid=621F7722C6B7BD4E& playertype=1" type=" text/javascript" /script

p 　　关于进行高温纳米压痕试验的最佳方法一直存在争议，其中热漂移、尖端腐蚀和噪声基底是阻碍此类试验的主要问题。安东帕TriTec高温超纳米压痕测试仪(UNHT sup 3 /sup HTV) 能够解决800℃下进行纳米压痕测试的问题。 /p p 　　前期工作已经证明，除了氧化之外，热漂移是导致高温试验误差的关键问题之一，随着温度的升高，漂移率趋于增加。在UNHT sup 3 /sup HTV中解决这个问题是一个重要的发展，需要很多修改来适应所有可能的变量。 /p p 　　基于安东帕尔在纳米压痕方面的长期经验，UNHT sup 3 /sup HTV的核心是基于非常成功和获得专利的超纳米压痕测试仪(UNHT sup 3 /sup )。 /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C181962.htm" target=" _self" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/3bb9ac89-63a9-4c57-bf69-dffef04b3b04.jpg" title=" 安东帕高温高真空超纳米压痕仪 UNHT³ HTV.jpg" alt=" 安东帕高温高真空超纳米压痕仪 UNHT³ HTV.jpg" / /a /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C181962.htm" target=" _self" strong 安东帕高温高真空超纳米压痕仪 UNHT sup 3 /sup HTV /strong /a /p p 　　其测量探头经过优化，能在高温下运作，并与正在申请专利的样品台结合，使测量能够在工作范围内的任何温度下进行，具有极高的热稳定性。 /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C181962.htm" target=" _self" img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 500px height: 522px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202005/uepic/eb5e286c-e5b5-417b-afa9-c9d654bdaeda.jpg" title=" UNHT3 HTV系统的示意图.jpg" alt=" UNHT3 HTV系统的示意图.jpg" width=" 500" height=" 522" border=" 0" vspace=" 0" / /a /p p style=" text-align: center " a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C181962.htm" target=" _self" strong UNHT3 HTV系统的示意图 /strong /a /p p 　　如示意图所示，测量探头、光学视频显微镜和样品台安装在高真空腔室中，使用涡轮分子二次泵和一次泵抽至10 sup -7 /sup mbar。 /p p 　　真空操作的两个主要优点是： /p p 　　(i) 去除氧化的影响，这意味着可以在试样材料的表面力学性能不因氧化物而改变的情况下进行试验。此外，也可以使用不适应氧化环境的压头材料：例如，金刚石是在室温下可选择的压头材料，但它在约400° C以上会氧化，然后软化并容易钝化，从而使其实际上无法用于纳米压痕。 /p p 　　(ii)通过腔内对流减少热损失，从而大大有助于热稳定。 /p p 　　真空操作的主要缺点是，阀门和泵的运行将在测量中引入额外的机械噪声，因此，已采取具体措施以尽可能减少这种噪声，包括： /p p 　　(a) 材料选择：框架的内部构架已经通过使用铝、铸铁和不锈钢的混合物进行了优化，从而实现了最佳的机械阻尼。 /p p 　　(b) 在背压阀和二次泵之间连接一个真空缓冲器，允许在不需要一次泵的情况下运行数小时。这可以保持10 sup -6 /sup mbar真空超过10小时。 /p p 　　(c) 采用低摩擦轴承的5轴磁悬浮涡轮分子泵，将机械振动降到最低。 /p p 　　(d) 防振：整个真空室安装在4点防振台上，采用有效的压缩空气使真空室“浮”起来，消除了大部分振动噪声。 /p p 　　(e)提供6 Nmm sup -1 /sup 的弹簧常数的弹簧，加强了UNHT sup 3 /sup HTV测量探头的弹簧 (与标准UNHT sup 3 /sup 的3 Nmm sup -1 /sup 相比)，从而保持可接受的噪底，并补偿压头和基准的额外质量。 /p p 　　 a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/SH101011/" target=" _self" strong 关于安东帕 /strong /a /p p 　　安东帕成立于1922年，如今，全世界已经有超过3200名员工从事开发、生产和销售高精度的实验室仪器和过程测量系统，并提供定制的自动化和机器人解决方案。 /p p 　　安东帕提供从原子到宏观范围内测试各种材料的材料特性的全套仪器。除光谱、X射线等结构分析外，还提供了仪器压痕、摩擦学、划痕试验、涂层厚度测定和原子力显微镜等。此外，安东帕还提供采用化学和电化学方法用于表面电荷测定、流变学研究、粘度测定、颗粒表征等仪器。 /p p strong span 　　 /span a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/956.html" target=" _self" 关于 span 纳米压痕仪、划痕仪 /span /a /strong /p table border=" 0" cellpadding=" 0" cellspacing=" 0" style=" " align=" center" colgroup col width=" 95" style=" width:95px" / col width=" 288" style=" width:288px" / /colgroup tbody tr height=" 18" style=" height:18px" class=" firstRow" td height=" 18" width=" 222" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" 仪器专场 /td td width=" 280" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/956.html?AgentSortId=11017& SampleId=& IMShowBigMode=& IMCityID=& IMShowBCharacter=& SidStr=" target=" _self" 安东帕纳米压痕仪、划痕仪 /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td rowspan=" 6" height=" 108" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 213" a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/956.html" target=" _self" 纳米压痕仪、划痕仪 /a /td td style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 280" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C181962.htm" target=" _self" 安东帕高温高真空超纳米压痕仪UNHT³ HTV /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td height=" 18" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 334" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C59621.htm" target=" _self" 安东帕纳米划痕仪NST³ /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td height=" 18" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 127" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C179250.htm" target=" _self" 安东帕生物纳米压痕仪UNHT³ Bio /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td height=" 18" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 127" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C59577.htm" target=" _self" 安东帕微米压痕仪MHT³ /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td height=" 18" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 127" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C59622.htm" target=" _self" 安东帕微米划痕仪MST³ /a /td /tr tr height=" 18" style=" height:18px" td height=" 18" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " align=" center" valign=" middle" width=" 127" a href=" https://www.instrument.com.cn/netshow/C59623.htm" target=" _self" 安东帕大载荷划痕仪RST³ /a /td /tr /tbody /table p br/ /p

近日，中国科学院近代物理研究所材料研究中心在纳米压痕测试方面取得新进展。研究发现，在进行纳米压痕测试时，使用不同的伯克维奇压头会导致试验结果不一致（除熔融石英外），并分析了造成这种情况的原因。相关研究成果发表在《材料研究与技术杂志》（Journal of Materials Research and Technology）上。    纳米压痕测试是高精度仪器化压入试验技术，具有无损测试和试验简单等优点。然而，即使经过压头面积函数校准，使用不同的伯克维奇压头进行测试仍会产生不一致的结果，这使得准确测试材料硬度以及比较来自不同实验室的数据变得困难。     研究发现，导致试验结果不一致的主要原因在于压头尖端的缺陷和压痕尺寸效应。伯克维奇压头在加工过程中会产生尖端缺陷，且在使用过程中发生磨损。     为了量化压头尖端的缺陷和压痕尺寸效应对试验结果的影响，科研人员利用压头面积函数建立了压头的有限元模型，并提出了校正纳米压痕载荷-位移曲线尺寸效应的方法。研究表明，压头尖端缺陷对试验结果的直接影响较小，而不同的压头尖端缺陷通过影响压痕尺寸效应造成了试验结果不一致的现象。     该研究提出的纳米压痕试验载荷-位移曲线压痕尺寸效应的校正方法和压头建模方法，可用于反向有限元计算测试材料的本构关系。研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。     图1. 伯克维奇压头原子力显微镜等高线云图图2. 使用1号和2号伯克维奇压头测试熔融石英和A508-3钢的试验曲线

“坐标”这个概念源于解析几何，其基本思想是构建坐标系，将点与实数联系起来，进而可以将平面上的曲线用代数方程表示。坐标的概念应用到工业生产中解决了大量实际问题，例如，坐标测量机可采集被测工件表面上的被测点的坐标值，并投射到空间坐标系中，构建工件的空间模型等诸多案例。坐标测量机还被用于产品质量控制，测量磨损，制造精度，产品形貌，对称性，角度等工业产品参数，因此需要非常高的移动精度，才能确保测量的准确性。德国attocube公司推出的IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪就是辅助坐标测量机提高测量精度的有力手段。图1 皮米精度位移测量激光干涉仪IDS3010IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪是如何帮助坐标测量机实现高精度的呢？图2 IDS3010激光干涉仪集成到坐标测量机探测臂上通常坐标测量机要求探测臂位移精度高于1微米，现在坐标测量机位移反馈大多是通过玻璃分划尺来实现的。玻璃分划尺是常用的一种位置测量的方法，分划尺在坐标测量机上位于龙门处，一般情况下，采用玻璃分划尺探测的不是探测臂本身，而是坐标测量机龙门处的位置变化。实际上， 坐标测量机的探测臂与龙门之间有一定长度的距离，它们的位置变化会因存在例如振动、位置差等而有所不同，因此只凭借龙门处位置变化来判断真实的位移反馈是不准确的，影响到实际样品的测量精度。图3 IDS3010激光干涉仪集成到坐标测量机上。坐标测量机通过干涉仪探头的配合，可反馈探测臂的位移。德国attocube公司的IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪通过非接触式方法测量，可以直接测量探测臂的运动，避免龙门处探测误差，实现高精度测量。如图3，激光探头位于坐标测量机侧边，M12/C7.6激光探头出射的激光可以被探测臂上的反射镜（直径3mm）反射回激光探头，IDS3010干涉仪通过分析干涉信号从而进行位置测量。探测臂能够移动0.8米距离，移动精度达到10微米。干涉仪能够实时测量该探测臂的位移以及振动等信息。图4 IDS3010实时位置测量软件WAVE测量数据。扩展图为中间区域的数据放大。IDS3010配置的软件WAVE可以实时观测与保存测量数据。如图4，坐标测量机的运动数据被测量并记录。图中所示，前15秒与终10秒间的数据是0.8m距离的往复运动。中间时间的数据看似没有变化，但通过WAVE软件的放大功能，我们发现中间时间的探测臂其实进行了10微米的步进运动。同时，通过WAVE软件我们也可以观测到步进运动的详细变化过程。每一个步进大约2秒，在运动初始的时候位移有超过，在大约0.4秒的短时间内位移被调整为10微米的步进长度。而在步进的末尾，也有小幅的位置噪音，该噪音一般是由于振动引入。这对于探测样品位移以及振动信息具有重大意义。IDS3010技术特点：IDS3010皮米精度位移测量激光干涉仪具有体积小、适合集成到工业应用与同步辐射应用中的特点，同时，测量精度高，分辨率高达1 pm，是适合工业集成与工业网络无缝对接的理想产品。除与坐标测量机结合使用外，在工业中的其他应用实例也非常广泛，包括闭环位移反馈系统搭建、振动测量、轴承误差测量等等。+ 测量精度高，分辨率高达1 pm+ 测量速度快，采样带宽10MHz+ 样品大移动速度 2m/s+ 光纤式激光探头尺寸小，灵活性高+ 兼容超高真空，低温，强辐射等端环境+ 其可靠与稳定+ 环境补偿单元，不同湿度、压力环境中校正反射率参数提高测量精度+ 多功能实时测量界面，包含HSSL、AquadB、CANopen、Profibus、EtherCAT、Biss-C等界面相关产品及链接：1、皮米精度位移激光干涉器attoFPSensor：http://www.instrument.com.cn/netshow/C159543.htm2、EcoSmart Drive系列纳米精度位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/C168197.htm3、低温强磁场纳米精度位移台：http://www.instrument.com.cn/netshow/C80795.htm

北京时间2021年12月13日，超高精密3D打印系统的先行者——摩方精密(BMF，Boston Micro Fabrication)推出了其第二代2μm精度工业级3D打印系统microArch® S230。摩方精密新一代的超高精度3D打印系统为来自各个领域需求超高精度及严格公差的客户而设计。图一 microArch® S230打印系统 第二代2μm 精度3D打印系统microArch® S230，在产品设计上，兼顾用户对打印精度与打印速度的更高要求，在实现2μm的超高精度的基础上，提升了打印速度和打印体积。为了满足客户在精密样件加工尺寸、加工效率及加工材料等方面的需求，S230具备更大的打印体积（50mm×50mm×50mm），打印速度提升最高5倍，打印材料可兼容树脂和陶瓷材料。 图二 S230打印典型样件（内含：点阵-50μm杆径，巴基球-50μm杆径，埃菲尔铁塔-高度20mm、最小杆径30μm，微针阵列-尖端10μm） microArch® S230还配置了激光测距系统，便于打印平台和离型膜的调平；同时，配置了滚刀涂层技术后，加快了液面流平时间，拓宽了支持打印的树脂种类，可支持粘度范围(30~5000cps@25℃)的耐候性工程光敏树脂、韧性树脂、生物兼容性树脂和陶瓷浆料（氧化铝、钛酸镁）等功能性复合材料，材料的多元化也拓展了新的应用领域，如毫米微波应用（5G天线，波导，太赫兹，雷达等电子元器件）、新能源器件、精密零件等，极大满足了工业制造对终端产品功能性和耐用性的需求，也为科研领域开发新型功能性复合材料提供支持。 摩方精密也宣布推出两款新材料：l AL（氧化铝）陶瓷 – 一款生物兼容性和耐化学腐蚀性的陶瓷材料，目前应用最广泛的工业陶瓷，其耐受的温度高达1700℃，并且在高温下性能依然良好。广泛应用于精细滤芯、磨轮、球阀轴承等。l HT 200 - 一款耐候性高、耐高温（耐温200℃）和高强度的树脂，适用于电子连接器和其他电子元器件等。 图三 精密陶瓷样件图四 精密连接器样件 microArch® S230基于BMF摩方的专利技术——面投影微立体光刻技术（PµSL）构建，并融入了摩方自主开发的多项专利技术。摩方PµSL是一种微米级精度的3D光刻技术，这一技术利用液态树脂在UV光照下的光聚合作用，使用滚刀快速涂层技术大大降低每层打印的时间，并通过打印平台三维移动逐层累积成型制作出复杂三维器件。因其复杂精密零部件快速成型的特点，摩方PμSL技术成为众多领域原型器件开发验证和终端零部件小批量制备的最佳选择。这些领域包括：电子通讯、微电子机械系统、医疗器械、生物科技和制药、仿生材料、微流控、力学等众多领域。 图五 microArch® S230打印系统 “作为摩方microArch® S130的老客户，我们对其性能感到非常满意，它可以在保证了打印精度和公差的基础上，帮助到我们微纳陶瓷打印的研究工作。同时，我们很荣幸成为了第二代（2μm打印系统）microArch® S230的首位客户，体验到了该系统新增的强大功能，可以打印更大体积的样件，也加快了我们的打印时间。我们期待与摩方的长期合作，以支持我们的微纳3D打印需求。” 休斯研究实验室（HRL Laboratories）建筑材料与结构部经理Toby Schaedler说道。 “摩方精密作为全球微尺度3D打印领域的领导者之一，公司成立6年来，一直致力于微尺度3D打印领域的技术创新和应用转化，在2018年推出第一代的产品S140和S130，受到全球市场众多用户的肯定，近几年的用户数量增长率保持在90%以上。”摩方精密亚太区总经理周建林说道，“摩方精密与数十家世界500强公司达成合作，在通讯、消费电子、连接器、医疗等领域做了大量应用，同时摩方也支持科研用户产出大量的优秀成果，一些成果已公开发表在Science、Science Advances、Nature communications等顶尖期刊上。为满足全球用户对微尺度打印精度、打印速度、打印材料的更高要求，摩方精密推出了2μm精度的新产品microArch S230，这款产品配置了摩方自主开发的滚刀涂层、激光测距、液面平衡等新技术，可极大提高微尺度打印的速度，解决高粘度工程树脂、复合树脂、陶瓷浆料微尺度3D打印的难题。” 有关microArch® S230的更多信息，请访问www.bmftec.cn/S230网站。 有关摩方重庆摩方精密科技有限公司（BMF，Boston Micro Fabrication）成立于2016年，专注于高精密3D打印领域，是全球高精密3D打印技术及精密加工能力解决方案提供商。目前，摩方在新加坡、波士顿、深圳、东京和重庆均设有办事处，拥有来自全球29个国家近850家合作客户。有关BMF的更多信息，请访问www.bmftec.cn网站。

nature：二维磁性材料的磁结构与相关特性研究关键词：二维铁磁材料；低温纳米精度位移台；反铁磁态；二次谐波 近年来，二维磁性材料在国际上成为备受关注的研究热点。近日，中国与美国的研究团队合作，在二维磁性材料双层三碘化铬中观测到源于层间反铁磁结构的非互易二次谐波非线性光学响应，并揭示了三碘化铬中层间反铁磁耦合与范德瓦尔斯堆叠结构的关联。同时，研究团队发现双层反铁磁三碘化铬的二次谐波信号相比于过去已知的磁致二次谐波信号（例如氧化铬Cr2O3），在响应系数上有三个以上数量的提升，比常规铁磁界面产生的二次谐波更是高出十个数量。利用这一强烈的二次谐波信号，团队成功揭示双层三碘化铬的原胞层堆叠结构的对称性。图一 双层三碘化铬的二次谐波光学显微图 运用光学二次谐波这一方法来探测二维磁性材料的磁结构与相关特性是此实验的关键。团队利用自主研发搭建的无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统，完成了关键数据的探测。值得指出的是，该无液氦可变温强磁场显微光学扫描成像系统采用德国attocube公司的低温强磁场纳米精度位移台和低温扫描台来实现样品的位移和扫描。德国attocube公司是上著名的端环境纳米精度位移器制造商。公司已为全科学家生产了4000多套位移系统，用户遍及全球著名的研究所和大学。它生产的位移器设计紧凑，体积小，种类包括线性XYZ线性位移器、大角度倾角位移器、360度旋转位移器和纳米精度扫描器。图二 attocube低温强磁场位移器、扫描器attocube低温位移台技术特点如下：参考文献:Sun, Z., Yi, Y., Song, T. et al. Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3. Nature 572, 497–501 (2019). nature：石墨烯摩尔超晶格可调超导特性研究关键词：石墨烯 超晶格 高温超导高温超导性机制是凝聚态物理领域世纪性的课题。这种超导性被认为会在以Hubbard模型描述的掺杂莫特缘体中出现。近期，美国和中国的国际科研团队合作在nature上报道了在ABC-三层石墨烯（TLG）以及六方氮化硼（hBN）摩尔超晶格中发现可调超导性特征。研究人员通过施加垂直位移场，发现ABC-TLG/hBN超晶格在20K的温度下表现出莫特缘态。进一步通过冷却操作发现，在温度低于1K时，该异质结的超导特特性开始出现。通过进一步调控垂直位移场，研究人员还成功实现了超导体-莫特缘体-金属相的转变。 图1.德国attocube公司低温mK纳米旋转台电学输运工作的测量是在进行仔细的信号筛选后，本底温度为40mK的稀释制冷机内进行的。值得指出的是，样品的面内测量需要保证样品方向与磁场方向平行，这必须要求能够在低温（40mK）环境下实现良好且工作的旋转台来移动样品，确保样品与磁场方向平行。实验中使用了德国attocube公司的mK纳米精度旋转台（如图1所示）。Attocube公司可提供水平和竖直方向的旋转台，使样品与单轴线管的超导磁场方向的夹角调整为任意角度。通过电学输运结果，证实了样品中存在超导体-莫特缘体-金属相的转变（结果如图2所示），为三层石墨烯/氮化硼的超晶格超导理论模型（Habbard model）以及与之相关的反常超导性质和新奇电子态的研究提供了模型系统。 图2. ABC-TLG/hBN的超导性图左低温双轴旋转台；图右下：石墨烯/氮化硼异质节的超导性测量测试结果，样品通过attocube的mK适用旋转台旋转后方向与磁场方向平行参考文献：Guorui CHEN et al, Signatures of tunable superconductivity in a trilayer graphene moiré superlattice, Nature, 572, 215-219 (2019) nature：分数量子霍尔效应区的非线性光学研究关键词：量子霍尔效应 四波混频 化激元设计光学光子之间的强相互作用是量子科学的一项重要挑战。来自瑞士苏黎世联邦理工学院（Institute of Quantum Electronics, ETH Zürich, Zürich,）的研究团队在光学腔中嵌入一个二维电子系统的时间分辨四波混频实验，证明当电子初始处于分数量子霍尔态时，化激元间的相互作用会显著增强。此外，激子-电子相互作用导致化子-化激元的生成，还对增强系统非线性光学响应发挥重要作用。该研究有助于促进强相互作用光子系统的实现。值得指出的是，该实验在温度低于100mK的环境下进行，使用德国attocube公司的低温mK环境纳米精度位移台来实现物镜的移动和聚焦。参考文献:Knüppel, P., Ravets, S., Kroner, M. et al. Nonlinear optics in the fractional quantum Hall regime. Nature 572, 91–94 (2019). Science：NV center在加压凝聚态系统中的量子传感研究关键词：NV色心 量子传感器压力引起的影响包括平面内部性质变化与量子力学相转变。由于高压仪器内产生巨大的压力梯度，例如金刚石腔，常用的光谱测量技术受到限制。为了解决这一难题，巴黎十一大学，香港中文大学和加州伯克利大学的研究团队研发了一款新型纳米尺度传感器。研究者把量子自旋缺陷集成到金刚石压腔中来探测端压力和温度下的微小信号，这样空间分辨率不会受到衍射限限制。为此加州伯克利大学团队采用了德国attocube公司的与光学平台高度集成的闭循环低温恒温器- attoDRY800来进行试验，其中包含了attocube公司的低温纳米精度位移台，以此来实现快速并且控制金刚石压强的移动以及测量实验。参考文献：[1] S. Hsieh et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1349-1354 (2019) [2] M. Lesik, et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1359-1362 (2019)[3] K. Yau Yip et al., Science, Vol. 366, Issue 6471, pp. 1355-1359 (2019)

本文开发了一个独立集成的便携式微流控纳米检测系统，展示了生物传感检测和分子相互作用分析的优异性能。共同一作：谢新武*（军事科学院）共同一作：马金标 (天津大学）共同一作：王浩（天津科技大学）其他作者：程振 (清华大学)其他作者：李铁* (中国科学院)其他作者：陈世兴 (中国科学院)其他作者：杜耀华 (军事科学院)其他作者：吴建国（天津科技大学）其他作者：王灿* (天津大学)其他作者：徐新喜* (军事科学院) DOI: 10.1039/d1lc01056e期刊名称：Lab on a chip在这个后基因组时代，分子间的相互作用的分析对检测病原微生物和研究不同生理活动的机制至关重要。传统的生物检测方法存在耗时长、需要大型仪器等缺点，不能满足现场检测分析的需要。硅纳米线-场效应晶体管（SiNW-FET）生物传感器具有响应速度快、灵敏度高、特异性强、易于集成等优点，然而也存在一些瓶颈：过于敏感，环境因素如光、温度和pH值容易造成干扰；并且它们的性能均匀性往往需要提前校准；检测功能设备分散。主要亮点：1、建立了一个独立的完全集成的微流控生物传感器系统；2、该系统可用于快速现场生物检测和分子亲和力动态分析；3、该系统提高了SiNW-FET生物传感器的均一性和检测能力。近日，军事科学院谢新武高工、徐新喜研究员、中国科学院李铁教授及天津大学王灿教授合作的研究成果《A self-contained and integrated microfluidic nano-detection system for the biosensing and analysis of molecular interactions》被《Lab on a Chip》收录， 并被选为期刊内封面论文。《Lab on a Chip》由英国皇家化学学会创办，是生物芯片、微流控等领域的顶级期刊，位列中科院JCR工程技术1区。集成纳米检测系统的构建：(a) 纳米检测系统的实物图；(b) 操作区的功能布局图；(c)液体系统样品输送模块；(d) 检测系统的内部结构设计；(e) 系统的传感信号放大、过滤和采集电路。在这项工作中，我们构建了一个基于SiNW-FET生物传感器的完全独立集成的便携式微流控纳米自动检测系统，用于生物检测和分析。所有的分析过程包括液体样品输送、光学调制、恒温控制、信号放大和数据采集以及结果显示都是自动进行的，极大避免检测时的人为误差。在自动进样模式下分析各种类型的样品进行性能测试，该系统显示出良好的稳定性和鲁棒性。信号精度也用一个商业的高精度电流表进行了验证（R2=0.9988）。使用典型气载致病微生物结核分枝杆菌样品验证了该系统用于生物检测的可行性，其检测限可达1.0 fg/mL。此外利用该系统分析了抗体-蛋白质对的结合-解离过程，证明了本系统用于分子相互作用分析的潜力。该系统集成度高，体积小，便于携带，未来有希望发展成为野外现场生物检测和分子相互作用分析的便携式设备，以实现环境检测、医学研究、食品和农业安全及军事医学等领域的前沿应用。

记者从中国科大获悉，该校郭光灿院士领导的中科院量子信息重点实验室孙方稳研究组，在国际上首次利用量子统计测量技术实现不受传统光学散射极限限制的相邻发光物体的测量和分辨，其精度可以达到纳米量级。研究成果近日发表在国际权威刊物《物理评论快报》上。 　　如何提高测量精度，数百年来一直是科学研究的主要课题和技术发展的主要追求目标。因此，新型的测量技术不断被开发，而其中最有吸引力的就是利用量子力学基本原理实现的量子测量方法。随着量子力学的发展以及相关量子信息技术的开发和应用，量子测量一方面可以实现超过经典测量极限的高精度测量，另一方面可以实现经典方式无法完成的各种测量。 　　孙方稳研究组利用物体发光的量子统计属性，设计并实验实现了不受经典光学散射极限限制的量子统计测量技术，其精度可达纳米量级。实验中，他们用氮原子取代金刚石材料中的一个碳原子，与近邻的空穴形成氮—空穴色心——一种极其微小的发光体。然后，他们巧妙地利用简单的光学收集装置，通过探测色心所发出的光子数，基于它们的量子统计属性，成功实现了两个相距8.5纳米的氮—空穴色心独立成像和分辨，同时测量了每个色心的结构，测量精度达2.4纳米。如果通过增加收集光子数，可以把精度提高到1纳米以内。实验中所需的光路简单，测量系统稳定，不受量子消相干效应的影响。

获取材料甚至是器件整体的热学特性，是相关研究与开发当中非常有意义的课题。随着研究对象特征尺寸的不断减小，研究者们对具有高热学分辨率和高水平方向分辨率的表面温度表征方法以及与之相应的仪器的需求也日益显著。在诸多潜在的表征技术当中，扫描热学显微镜（Scanning Thermal Microscopy）是其中颇为有力的一种，它可以满足特征线度小于100 nm的研究需求。然而，这种表征方法，对纳米探针的结构及功能特性有比较高的要求，目前商用的几种纳米探针受限于各自的结构特点，均有一定的局限性而难以满足相应要求，也就限制了相应表征方法的发展与应用。着眼于上述问题，奥地利格拉茨技术大学的H. Plank团队提出了基于纳米热敏电阻的三维纳米探针，用于实现样品表面温度信息的超高分辨表征。相关成果于2019年六月发表在美国化学协会的期刊ACS Applied Materials & Interfaces上（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 2522655-22667. Three-Dimensional Nanothermistors for Thermal Probing.）。 图1 三维热学纳米针的概念、结构、研究思路示意图 H. Plank等人提出的这种三维纳米探针的核心结构是一种多腿（multilegged）纳米桥（nanobridge）结构，它是利用聚焦离子束技术直接进行3D纳米打印而获得的，因而可以直接制作在（已经附有许多复杂微纳结构与微纳电路、电的）自感应悬臂梁上（self-sensing cantilever, SCL）。由于纳米桥的每一个分支的线度均小于100 nm，因而需要相应的表征策略与技术来系统分析其纳米力学、热学特性。为此，H. Plank研究团队次采用了有限元模拟与SEM辅助原位AFM（scanning electron microscopy-assisted in situ atomic force microscopy）测试相结合的策略来开展相应的研究工作，并由此推导出具有良好机械稳定性的三维纳米桥（垂直刚度达到50 N/m?1）的设计规则。此后，H. Plank引入了一种材料调控方法，可以有效提高悬臂梁微针的机械耐磨性，从而实现高扫描速度下的高质量AFM成像。后，H. Plank等人论证了这种新式三维纳米探针的电响应与温度之间的依赖关系呈现为负温度系数（?(0.75 ± 0.2) 10?3 K?1）关系，其探测率为30 ± 1 ms K?1，噪声水平在±0.5 K，从而证明了作者团队所提出概念和技术的应用潜力。 图2 三维热学纳米针的制备及基本电学特性 文中在进行三维纳米探针的力学特性及热学响应方面所进行的AFM实验中，采用了原位AFM技术，堪称一大亮点。研究所用的设备为奥地利GETec Microscopy公司生产的AFSEMTM系统，AFSEMTM系统基于自感应悬臂梁技术，因此不需要额外的激光器及四象限探测器，即可实现AFM的功能，从而能够方便地与市场上的各类光学显微镜、SEM、FIB设备集成，在各种狭小腔体中进行原位的AFM测试。此外，通过选择悬臂梁的不同功能型针，还可以在SEM或FIB系统的腔体中，原位对微纳结构进行磁学、力学、电学特性观测，大程度地满足研究者们对各类样品微区特性的表征需求。着眼于本文作者的研究需求来讲，比如探针纳米桥的分支在受力状态下的力学特性分析，只有利用原位的AFM表征技术，才可以同时获取定量化的力学信息以及形貌改变信息。当然，在真空环境下使用原位AFM系统表征微区的力、热、电、磁信息的意义远不止于操作方便或同时获取多种信息而已。以本文作者团队所关注的微区表面热学分析为例，当处于真空环境下时，由于没有减小热学信息成像分辨率的、基于对流的热量转移，因而可以充分发挥热学微纳针的潜能，探测到具有高水平分辨率的热学信息。 图3 利用AFSEM在SEM中原位观测nanobridge的力学特性 图4 将制备所得的新型纳米热学探针安装在AFSEM上，并在SEM中进行原位的形貌测量：a）SEM图像；b）AFM轮廓图像

对新型电子和功能材料的重视，以及对更轻重量和更可持续结构材料的需求，大大推动了聚合物、2D材料和陶瓷等材料的研究。然而，从飞机发动机到家用电器的众多工程应用仍然依赖于金属的高强度和耐用性。因此，金属材料的研究一直持续进行中，而且新材料及其新工艺的开发仍是当下材料界的研究热点，包括高品质高强钢、不锈钢、耐热钢及高温合金等材料[1-4]。大多数金属材料工程应用中必须考虑其强度和韧性。纳米级的第二相弥散强化既能够提高材料强度，又能改善材料韧性的方法之一，因此它对开发新的高性能材料非常有帮助，引起研究者的兴趣。目前，已经有文献报道纳米析出相Nanoprecipitates（NPs）可以大大提高材料的力学性能、耐蚀性、高温性能等。金属材料的性能强化机理与第二相的特征参数及分布有着密切的关系，很多材料强度计算模型也是基于第二相尺寸及百分含量进行计算的。如Friedel和Orowan模型，Friedel切过机制模型:其中r为粒子半径，f为析出相体积分数Orowan绕过机制模型:其中d为粒子半径上述模型说明材料的屈服强度与其内部第二相粒子的平均直径密切相关。此外，纳米析出物类型、尺寸和数量等对疲劳、蠕变等力学性能也有较大影响。因此 NPs的定量表征工作尤为重要。特别是基于当前众多材料均是利用NPs改善材料的力学性能、耐蚀性能、耐热性能、韧性等，析出相定量工作具有较为广泛的实际应用意义，简便、高效定量测试方法的开发工作尤为必要。金属材料的表面形貌与材料的服役过程中表面摩擦行为、腐蚀行为等密不可分，因此对表面形貌的定量分析显得极为有意义。同时金属材料里面的纳米析出相的力学性能一直是材料力学表征的难点，主要受限于尺寸问题，使得众多力学测量设备无能为力。而标准AFM的探针曲率半径为10nm左右，牛津AFM的AMFM技术可以完美解决金属纳米析出物的定量力学问题。表面形貌的定量统计目前， 传统的金属材料NPs的研究主要使用XRD，SEM和TEM。其中，XRD可以表征NPs平均尺寸，但仅能给出粒度范围，尺寸定量精度有限，无法同时获得NPs在材料内的分布。SEM可以表征NPs，但统计结果容易受到表面起伏的影响。由于材料表面腐蚀原因造成某些部位凸起也有可能被统计成析出物颗粒。而TEM可以观察NPs，但在定量统计NPs含量存在问题，主要是纳米析出相在金属材料晶粒和晶界上随机分布导致部分NPs以及边界不明显，从而导致后面的统计出现较大偏差。如图1所示，通过SEM和TEM检测贝氏体钢析出相的尺寸存在明显差异。因此本文推荐使用原子力显微镜检测的方法对金属领域中NPs的定量进行快速且精确的表征。图1 贝氏体钢微观形貌(a)SEM结果(b)TEM结果原子力显微镜(AFM)是一种高精度、快速的表征样品表面特征的技术，可以用来定量表征金属中的NPs。它不仅可以测量颗粒的大小，还可以定量测量其力学和电学性能。技术的进步使得Oxford AFM成像比上一代原子力显微镜的速度更快，操作更容易，数据更可靠。此外，AFM的样品制备要求与其它技术相比更方便，实际使用极具有优势。AFM可以通过形貌、相位图以及材料的力学性质图直接分析NPs。图2给出了高温合金经过抛光之后的析出相的AFM形貌图和相位图，图中可以清楚观察到NPs呈弥散分布，类圆形，尺寸主要分布在10-50nm，该结果与TEM观察结果一致，也说明了AFM表征粒子尺寸信息的准确性。图2 高温合金AFM形貌图，相位图和TEM图

一基本介绍高温纳米压痕仪的主要用途是获得薄膜和材料在一定温度下的微观力学性能，其力学性能随温度变化的特性具有巨大的工业和科学意义。但高温测量中存在热漂移，信号稳定性（噪声），表面氧化和尖端样品反应的困难，安东帕研发了一种新型的高温真空纳米压痕仪，该压痕仪能够完成在特定温度下的超稳定的测量，是一款商业化的高温纳米压痕仪。二工作原理该系统基于超纳米压痕测试仪（UNHT），该测试仪利用一种主动表面参照技术，该技术包括两个独立的轴，一个用于表面参照，另一个用于压痕。在这种对称结构和差分深度测量技术中使用的极硬且热膨胀系数非常低的材料导致系统的柔量可忽略不计，并且热漂移率非常低。这样就可以进行稳定且长期的测量（例如蠕变测试），而不必担心漂移和噪声。每个轴都有自己的执行器，位移和负载传感器。对于两个轴，通过压电执行器A1和A2施加位移。压头和基准上的负载是从弹簧K1和K2的位移获得的，这些位移是用电容式传感器C1和C2测量的。压头的位移是通过差分电容传感器C3相对于基准进行测量的。精确的反馈回路确保连续控制压头和基准上的法向力。三针尖与样品表面温度的匹配-热漂移最小化实验过程中热电偶读取的温度不是压头和参比端以及样品表面的真实温度。因此，压头和样品的表面温度需要精确匹配，以避免热量流过触点，从而避免热漂移。我们开发了以下3个步骤的程序来匹配此压头的尖端样品表面温度：a.将压头尖端放在距离样品表面约100微米以内的位置，并使用PID控制将样品和尖端加热到目标温度。现在，安装在压痕头上的热电偶将直接与样品表面接触。将样品表面温度调节至目标温度。温度稳定后，请切换至恒定功率模式以防止瞬时温度波动b.温度粗调：通过调整针尖加热过程中热电偶的温度，以最大程度地减大载荷压入样品表面时引起针尖的温度变化c.温度微调：进一步微调针尖加热过程中的功率，以达到零热漂移率(a) 长时间蠕变测试时的压痕温度(b) 通过粗调压头温度，以最大程度减少接触产生时的温度变化(c) 直接在热漂移测量过程中微调压头的加热功率安东帕中国总部销售热线：+86 4008202259售后热线：+86 4008203230官网：www.anton-paar.cn在线商城：shop.anton-paar.cn

国之大器，始于毫末。“现代热力学之父”开尔文有一条著名结论：“只有测量出来，才能制造出来。”没有精密的测量，就没有精密的产品，高水平的精密测量技术和精密仪器制造能力，是发展高端制造业的必备条件。随着人类对世界的探索不断深入，被测对象不断延展，测量目的不断延伸，各种测量技术陆续登上历史舞台。时至今日，我们甚至可以做到以时间测量空间，这听起来也许很科幻，但绝不是天方夜谭。来自重庆的时栅团队基于我国精密测量技术发展现状，根据“时空转换”的思维方式提出了以“时间测量空间”这一重要学术思想，并由此诞生了这把原创于中国的“精密尺子”——时栅技术，实现了我国精密位移测量技术及器件的自主可控。从1996年的尝试探索，到如今成功研发出可媲美高端光栅的第三代纳米时栅，二十年的厚积薄发，浸透了科技工作者对自主创新、中国精度的坚守，凝聚着他们闯关夺隘、奋楫笃行的勇气，展示着中国人顽强拼搏、永不言败的精气神。从无到有，是“冲云破雾”的勇气担当在精密加工、工业测控（动态测量）领域，精密位移传感器是不可或缺的重要组成部分，被称为“智能制造之眼”，它的性能直接决定了加工制造环节的精度。定位精度高、可靠性好、使用方便的精密位移传感器在机床加工、检测仪表等行业中得到广泛应用。然而，精密位移测量器件作为核心功能部件，长期被国外巨头们严格战略性封锁，进口传感器存在价格高、货期长、售后难的问题，我国精密位移测量领域面临多重困境，亟待摆脱受制于人的局面，高端位移测量器件的国产替代已到了刻不容缓的地步。关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的，要实现本领域的突破，必须依靠自主创新，需要变换研究思路，从原理上进行创新，从根本上解决问题。实现从0到1的突破绝非易事，必得风雨兼程、劈波斩浪。面对种种困难，时栅团队迎难而上，瞄准科技前沿，勇攀高峰。没有案例可模仿，他们自己就做拓荒人；没有经验可借鉴，他们就负重前行；没有理论可参考，他们创造性地提出了利用“时间测量空间”的重要原创学术思想，将梦想命名为“时栅位移测量技术”，突破了高端装备的精密位置检测难题，掌握了精密位移测量关键核心技术的自主知识产权。科技工作者用责任、担当，用勤勉、实干，实现了从微米到纳米精度的跨越，开辟出了一条高端核心功能部件的国产化道路，让智能制造业卡脖子短板破局重生，走出了一条自主可控之路，使我国精密位移测量领域摆脱了受制于人的局面。经过多年的沉淀和发展，时栅技术已发展成为我国智能制造领域的标志性成果，获得国家技术发明二等奖1项、中国专利金奖1项、重庆市技术发明一等奖2项，成功申请国外专利12项、国内专利25项。时栅团队研讨图从有到优，是精益求精的创新追求时栅技术作为我国自主研发的首创性成果，通过建立空间位移和时间基准之间的关系，发挥时间量是人类测量精度最高的物理量这一客观优势，利用时间上的时刻比较来实现位移测量，从而达到高精度的测量目的。可通俗理解为：在相对匀速运动的两个坐标系上互相观察对方，一方的位置之差（位移）表现为另一方观察到的时间之差。十年磨一剑，二十年磨一尺。时栅团队从1996年提出“时栅角度传感器”理念起，坚持自主研发道路，从第一代机械式时栅、第二代磁场式时栅到第三代电场式时栅（即“纳米时栅”），持续攻克“提高测量精度与增加测量范围的矛盾”“精度提高导致的误差溯源困难”与“突破光学衍射极限改善分辨力”三座技术大山，破解产品的可靠性、应用场景的多样化、市场的认可度等多只“拦路虎”，开发出高精度、高可靠性的时栅位移传感器。纳米时栅到底有多精密？在我国最高法定计量机构—中国计量科学研究院的两次现场测试结果和国家角度基准的比对结果显示，纳米时栅精度达到了惊人的±0.06角秒（1°等于3600角秒），精度水平已经达到了现有检测仪器水平的极限。在漫长的时光里，时栅团队用精益求精、一丝不苟的科学家精神，只争朝夕，在承载着责任与梦想的实验室，坚持不懈，让“精耕细作”焕发出新的时代风采。车间作业图从优到强，是全面提速的伟大跨越一粒种子的破土而生，需要合适的温度、湿度、环境以及优质胚胎。同样，任何一项科研成果的成功转化，离不开人才、技术、资金、政策的支持和帮助。“将纳米时栅技术走出实验室，实现产业化”——光有美好的愿景是不够的，闯过了技术关，随之面对的就是应用关和市场关。纳米时栅项目总工程师王勇说，“2021年4月，通用技术集团和重庆理工大学共同成立了通用技术集团国测时栅科技有限公司，标志着纳米时栅成果正式开启转化应用、服务市场用户的新阶段。”现实和理想的距离，正一步步靠近。纳米时栅产业化进程全面提速，当纳米时栅技术在数控机床、半导体行业、计量检测等领域得到批量应用时，当一把中国的精密尺子解决了高精度位置检测难题时，所有人的艰辛和汗水化成两个字：值了！纳米时栅正在逐步填补国内高端精密位移测量领域空白，成为国内高端装备企业发展道路中的坚强后盾。2021年10月，“大量程纳米时栅位移测量技术及器件”作为35项代表科技成果转化的典型案例之一，亮相国家“十三五”科技创新成就展，作为创新科技成果转化制度的第一典型案例参展，展示中国高端装备关键功能部件研发“智造”水平。时栅位移测量技术亮相国家“十三五”科技创新成就展走过万水千山，仍需跋山涉水。和时栅技术一样由我国自主研发的首创性成果不胜枚举。科研是一条严谨与浪漫并存的路，从无到有、从有到优、从优到强的蝶变跃升，是中国科技工作者“冲云破雾”的责任担当、精益求精的完美展现，更是他们沿着强国之路迎难而上、敢闯敢干的生动诠释，每一步脚印，都在书写、见证着一次次伟大的跨越。中国精度，央企智造。面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，无数的中国科研工作者和中国企业在方寸之间钻研、琢磨，努力实现更多“从0到1”的新突破，大步行进在中国精度的逐梦征程上。点击图片报名“精密测量与先进制造”主题网络研讨会

9月21日，美国原子级精密制造工具的纳米技术公司Zyvex Labs发布公告，已推出世界上最高分辨率的光刻系统“ZyvexLitho1“，其使用电子束光刻技术，实现了768皮米(即0.768纳米)的原子级精密图案和亚纳米级分辨率。Zyvex Labs已经开始接受ZvyvexLitho1系统的订单，交货期约为6个月。EUV光刻机是当前先进制程的必备设备。荷兰阿斯麦（ASML）作为全球第一大光刻机设备商，同时也是全球唯一可提供EUV光刻机的设备商。在市调机构CINNO Research发布的2022年上半年全球上市公司半导体设备业务营收排名Top10报告中排名第二。Zyvex Labs此次推出的ZyvexLitho1光刻系统，基于STM扫描隧道显微镜，使用的是EBL电子束光刻方式，可以制造出了0.7纳米线宽的芯片，相当于2个硅原子的宽度，是当前制造精度最高的光刻系统。据悉，ZyvexLitho1光刻系统ZyvexLitho1的高精度光刻可以用于实验室阶段高端制程工艺的产品研发，是传统芯片制造所需光刻机的一个应用补充，主要可用于制造对于精度有较高要求的量子计算机的相关芯片，例如高精度的固态量子器件以及纳米器件及材料，对半导体产业的发展也具有巨大的促进作用。目前，Zyvex Labs已经开始接受订单，6个月内就可出货。对于这个新型光刻系统是否会威胁到EUV光刻的统治地位，赛迪顾问集成电路产业研究中心一级咨询专家池宪念表示：“短期内并不会“，他指出ZyvexLitho1是一种使用电子束曝光作为光刻方式的设备，与传统光刻机工作原理会有明显的差异。它是通过电子束改变光刻胶的溶解度，最后选择性地去除曝光或未曝光区域。它的优势在于可以绘制10纳米以下分辨率的自定义图案，是属于无掩模光刻直接写入的工作方式，精度远高于目前的传统光刻机。但是由于这类型设备的单个产品光刻的工作时间要在几小时到十几小时不等，工作效率方面还需进一步提高，因此不会快速取代EUV光刻机。

用于纳米级表面形貌测量的光学显微测头李强，任冬梅，兰一兵，李华丰，万宇（航空工业北京长城计量测试技术研究所 计量与校准技术重点实验室，北京 100095）　　摘 要：为了满足纳米级表面形貌样板的高精度非接触测量需求，研制了一种高分辨力光学显微测头。以激光全息单元为光源和信号拾取器件，利用差动光斑尺寸变化探测原理，建立了微位移测量系统，结合光学显微成像系统，形成了高分辨力光学显微测头。将该测头应用于纳米三维测量机，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验。结果表明：该光学显微测头结合纳米三维测量机可实现纳米级表面形貌样板的可溯源测量，具有扫描速度快、测量分辨力高、结构紧凑和非接触测量等优点，对解决纳米级表面形貌测量难题具有重要实用价值。　　关键词：纳米测量；激光全息单元；位移；光学显微测头；纳米级表面形貌0　引言　　随着超精密加工技术的发展和各种微纳结构的广泛应用，纳米三坐标测量机等精密测量仪器受到了重点关注。国内外一些研究机构研究开发了纳米测量机，并开展微纳结构测量［1-4］。作为一个高精度开放型测量平台，纳米测量机可以兼容各种不同原理的接触式测头和非接触式测头［5-6］。测头作为纳米测量机的核心部件之一，在实现微纳结构几何参数的高精度测量中发挥着重要作用。原子力显微镜等高分辨力测头的出现，使得纳米测量机能够实现复杂微纳结构的高精度测量［7-8］，但由于其测量速度较慢，对测量环境要求很高，不适用于大范围快速测量。而光学测头从原理上可以提高扫描测量速度，同时作为一种非接触式测头，还可以避免损伤样品表面，因此，在微纳米表面形貌测量中有其独特优势。在光学测头研制中，激光聚焦法受到国内外研究者的青睐，德国SIOS公司生产的纳米测量机就包含一种基于光学像散原理的激光聚焦式光学测头，国内也有一些大学和研究机构开展了此方面的研究［9-11］。这些测头主要基于像散和差动光斑尺寸变化检测原理进行离焦检测［12-13］。在CD和DVD播放器系统中常用的激光全息单元已应用于微位移测量［14-15］，其在纳米测量机光学测头的研制中也具有较好的实用价值。针对纳米级表面形貌的测量需求，本文研制了一种基于激光全息单元的高分辨力光学显微测头，应用于自主研制的纳米三维测量机，可实现被测样品的快速瞄准和测量。1　激光全息单元的工作原理　　激光全息单元是由半导体激光器（LD）、全息光学元件（HOE）、光电探测器（PD）和信号处理电路集成的一个元件，最早应用于CD和DVD播放器系统中，用来读取光盘信息并实时检测光盘的焦点误差，其工作原理如图1所示。LD发出激光束，在出射光窗口处有一个透明塑料部件，其内表面为直线条纹光栅，外表面为曲线条纹全息光栅，两组光栅相互交叉，外表面光栅用于产生焦点误差信号。LD发出的激光束在光盘表面反射回来后，经全息光栅产生的±1级衍射光，分别回到两组光电探测器P1~P5和P2~P10上。当光盘上下移动时，左右两组光电探测器上光斑面积变化相反，根据这种现象产生焦点误差信号。这种测量方式称为差动光斑尺寸变化探测，焦点误差信号可以表示为　　根据焦点误差信号，即可判断光盘离焦量。图1　激光全息单元　　根据上述原理，本文设计了高分辨力光学显微测头的激光全息测量系统。2　光学显微测头设计与实现　　光学显微测头由激光全息测量系统和光学显微成像系统两部分组成，前者用于实现被测样品微小位移的测量，后者用于对测量过程进行监测，以实现被测样品表面结构的非接触瞄准与测量。　　2.1　激光全息测量系统设计　　光学显微测头的光学系统如图2所示，其中，激光全息测量系统由激光全息单元、透镜1、分光镜1和显微物镜组成。测量时，由激光全息单元中的半导体激光器发出的光束经过透镜1变为平行光束，该光束被分光镜1反射后，通过显微物镜汇聚在被测件表面。从被测件表面反射回来的光束反向通过显微物镜，一小部分光透过分光镜1用于观察，大部分光被分光镜1反射，通过透镜1，汇聚到激光全息单元上，被全息单元内部集成的光电探测器接收。这样，就将被测样品表面瞄准点的位置信息转换为电信号。在光学显微测头设计中选用的激光全息单元为松下HUL7001，激光波长为790 nm。图2　光学显微测头光学系统示意图　　当被测样品表面位于光学显微测头的聚焦面时，反射光沿原路返回激光全息单元，全息单元内两组光电探测器接收到的光斑尺寸相等，焦点误差信号为零。当样品表面偏离显微物镜聚焦面时，由样品表面反射回来的光束传播路径会发生变化，进入激光全息单元的反射光在两组光电探测器上的分布随之发生变化，引起激光全息单元焦点误差信号的变化。当被测样品在显微物镜焦点以内时，焦点误差信号小于零，而当被测样品在显微物镜焦点以外时，焦点误差信号大于零。因此，利用在聚焦面附近激光全息单元输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量激光全息单元的输出电压，即可求得样品的位移量。　　2.2　显微物镜参数的选择　　在激光全息测量系统中，显微物镜是一个重要的光学元件，其光学参数直接关系着光学显微测头的分辨力。首先，显微物镜的焦距直接影响测头纵向分辨力，在激光全息单元、透镜1和显微物镜之间的位置关系保持不变的情况下，对于同样的样品位移量，显微物镜的焦距越小，样品上被测点经过显微物镜和透镜1所成像的位移越大，所引起激光全息单元中光电探测器的输出信号变化量也越大，即测量系统纵向分辨力越高。另外，显微物镜的数值孔径对测头的分辨力也有影响，在光波长一定的情况下，显微物镜的数值孔径越大，其景深越小，测头纵向分辨力越高。同时，显微物镜数值孔径越大，激光束会聚的光斑越小，系统横向分辨力也越高。综合考虑测头分辨力和工作距离等因素，在光学显微测头设计中选用大恒光电GCO-2133长工作距物镜，其放大倍数为40，数值孔径为0.6，工作距离为3.33 mm。　　2.3　定焦显微测头的实现　　除激光全息测量系统外，光学显微测头还包括一个光学显微成像系统，该系统由光源、显微物镜、透镜2、透镜3、分光镜1、分光镜2和CCD相机组成。光源将被测样品表面均匀照明，被测样品通过显微物镜、分光镜1、透镜2和分光镜2，成像在CCD相机接收面上。为了避免光源发热对测量系统的影响，采用光纤传输光束将照明光引入显微成像系统。通过CCD相机不仅可以观察到被测样品表面的形貌，而且也可以观察到来自激光全息单元的光束在样品表面的聚焦情况。　　根据图2所示原理，通过光学元件选购、机械加工和信号放大电路设计，制作了光学显微测头，如图3所示。从结构上看，该测头具有体积小、集成度高的优点。将该测头安装在纳米测量机上，编制相应的测量软件，可用于被测样品的快速瞄准和高分辨力非接触测量。图3　光学显微测头结构3　测量实验与结果分析　　为了检验光学显微测头的功能，将该测头安装在纳米三维测量机上，使显微物镜的光轴沿测量机的Z轴方向，对其输出信号的电压与被测样品的离焦量之间的关系进行了标定，并用其对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量［16］。所用纳米三维测量机在25 mm×25 mm×5 mm的测量范围内，空间分辨力可达0.1 nm。实验在（20±0.5）℃的控温实验室环境下进行。　　3.1　测头输出电压与位移关系的建立　　为了获得光学显微测头的输出电压与被测表面位移（离焦量）的关系，将被测样板放置在纳米三维测量机的工作台上，用精密位移台带动被测样板沿测量光轴方向移动，通过纳米测量机采集位移数据，同时记录测头输出电压信号。图4所示为被测样板在测头聚焦面附近由远及近朝测头方向移动时测头输出电压与样品位移的关系。图4　测头电压与位移的关系　　由图4可以看出，光学显微测头的输出电压与被测样品位移的关系呈S形曲线，与第1节中所述的通过差动光斑尺寸变化测量离焦量的原理相吻合。当被测样板远离光学显微测头的聚焦面时，电压信号近似常数。当被测样板接近测头的聚焦面时，电压开始增大，到达最大值后逐渐减小；当样板经过测头聚焦面时，电压经过初始电压值，可认为是测量的零点；当样品继续移动离开聚焦面时，电压继续减小，到达最小值时，电压又逐渐增大，回到稳定值。在电压的峰谷值之间，曲线上有一段线性较好的区域，在测量中选择这段区域作为测头的工作区，对这段曲线进行拟合，可以得到测头电压与样板位移的关系。在图4中所示的3 μm工作区内，电压与位移的关系为　　式中：U为激光全息单元输出电压；∆d为偏离聚焦面的距离。　　3.2　台阶高度测量试验　　在对光学显微测头的电压-位移关系进行标定后，用安装光学显微测头的纳米三维测量机对台阶高度样板进行了测量。　　在测量过程中，将一块硅基SHS-1 μm台阶高度样板放置在纳米三维测量机的工作台上，首先调整样板位置，通过CCD图像观察样板，使被测台阶的边缘垂直于工作台的X轴移动方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面，此时测量光束汇聚在被测样板表面，如图5所示。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过样板上的台阶，同时记录光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，计算台阶高度。图5　被测样板表面图像　　台阶高度样板的测量结果如图6所示，根据检定规程［17］对测量结果进行处理，得到被测样板的台阶高度为1.005 μm。与此样板的校准结果1.012 μm相比，测量结果符合性较好，其微小偏差反映了由测量时温度变化、干涉仪非线性和样板不均匀等因素引入的测量误差。图6　台阶样板测量结果　　3.3　一维线间隔测量试验　　在测量一维线间隔样板的过程中，将一块硅基LPS-2 μm一维线间隔样板放置在纳米测量机的工作台上，使测量线沿X轴方向，样板表面位于光学显微测头的聚焦面。然后，用工作台带动样板沿X方向移动，使测量光束扫过线间隔样板上的刻线，同时记录纳米测量机的位移测量结果和光学显微测头的输出信号。最后，对测量数据进行处理，测量结果如图7所示。　　根据检定规程［17］对一维线间隔测量结果进行处理，得到被测样板的刻线间距为2.004 μm，与此样板的校准结果2.002 μm相比，一致性较好。　　3.4　分析与讨论　　由光学显微测头输出电压与被测表面位移关系标定实验的结果可以看出：利用在测头聚焦面附近测头输出电压与样品位移量的单调对应关系，通过测量测头的输出电压变化，即可求得样品的位移量。在图4所示曲线中，取电压-位移曲线上测头聚焦面附近的3 μm位移范围作为工作区，对应的电压变化范围约为0.628 V。根据对电压测量分辨力和噪声影响的分析，在有效量程内测头的分辨力可以达到纳米量级。　　台阶高度样板和一维线间隔样板测量实验的结果表明：光学显微测头可以应用于纳米三维测量机，实现微纳米表面形貌样板的快速定位和微小位移测量。通过用纳米测量机的激光干涉仪对光学显微测头的位移进行校准，可将测头的位移测量结果溯源到稳频激光的波长。实验过程也证明：光学显微测头具有扫描速度快、测量分辨力高和抗干扰能力强等优点，适用于纳米表面形貌的非接触测量。4　结论　　本文介绍了一种用于纳米级表面形貌测量的高分辨力光学显微测头。在测头设计中，采用激光全息单元作为位移测量系统的主要元件，根据差动光斑尺寸变化原理实现微位移测量，结合光学显微系统，形成了结构紧凑、集测量和观察功能于一体的高分辨力光学显微测头。将该测头安装在纳米三维测量机上，对台阶高度样板和一维线间隔样板进行了测量实验，结果表明：该光学显微测头可实现预期的测量功能，位移测量分辨力可达到纳米量级。下一步将通过多种微纳米样板测量实验，进一步考察和完善测头的结构和性能，使其更好地适合纳米三维测量机，应用于微纳结构几何参数的非接触测量。作者简介李强，（1976-），男，高级工程 师，主要从事纳米测量技术研究，在微纳米表面形貌参数测量与校准、微纳尺度材料力学特征参数测量与校准、复杂微结构测量与评价等领域具有丰富经验。

2013年6月11-14日，在西安交通大学举办了2013纳米尺度先进材料性能国际研讨会。这次的研讨会包括了工作坊及为期三天的会议。 作为主要赞助商，德祥特意从美国请来了Hysitron(海思创)的副总裁Dan Carlson先生，Hysitron的销售及市场总监(电镜产品)Charlie Mockenhaupt先生，Protochips的总裁David Nackashi先生，为这次的工作坊及研讨会分享最新的产品信息及技术。另外，Hysitron的应用科学家宋双喜博士和魏伯任博士，及Hysitron中国应用研究中心的周善林老师及田琳老师。在工作坊内跟与会者分享了很多纳米力学测试的经验和应用数据， 使与会者获益良多。 为期四天的研讨会圆满结束，德祥衷心感谢每一位学者、讲师及参加者的支持。 单智伟教授报告现场 讨论班现场 原位纳米力学性能技术和产品的报告 纳米尺度力学行为的报告 更多产品请登陆德祥官网：www.tegent.com.cn 德祥热线：4008 822822 联系我们(终端用户) 联系我们(经销商) 邮箱：info@tegent.com.cn

Quantum X bio - The power of bioconvergence Nanoscribe推出全新多功能生物打印系统Quantum X bio，该系统拥有的专有技术是以双光子聚合（2PP）为核心，以精细的工程设计为基础，通过生物学家的想法定制并且重新设计的。 作为2019年推出的第一台双光子灰度光刻 (2GL ® ) 系统Quantum X的同系列产品，该生物打印系统具有精确的温度控制、无菌的工作环境和功能化的生物材料等特点，可让生物打印达到一个新的高度，并有效加速组织工程、细胞生物学和生物医学应用等关键应用的创新。 先进的生物医学应用 以高的打印精度和打印速度实现几乎任意三维结构，以快速的设计迭代周期优化您的研究，以广泛的生物材料、生物墨水和生物相容性树脂拓宽您的打印材料选择。通过使用系统配备的触控屏实现丝状和复杂的三维结构的高精度打印，并直观地放置到微流控通道或孔中。 这些特点使得Quantum X bio成为创建先进微观环境的最佳工具，可用于组织工程、细胞研究的定制支架，以及其他许多对精度、速度、材料多样性和无菌性有着较高要求的创新的生物医学应用。 Quantum X bio让您站在探索生物和生物医学应用的前沿。系统配备无菌和可温控的基底支架，无菌配件，生物材料和生物墨水，并且兼容其他定制材料。有了Quantum X bio，您就可以探索活体细胞打印的世界。 探索生物医学应用细胞支架 皮肤/组织模型 智能/活体材料 微流控技术 微针阵列 药物输送载体纳米/柔性机器人 血管模型 生物传感器 亚微米级图案设计细胞力学和迁移的拓扑结构 为活体生物打印做好准备 Quantum X bio具备用生物树脂材料进行活体细胞打印的需要条件，并保持它们的活性。为您探索更多例如三维组织模型，智能材料或活体材料等激动人心的新应用保驾护航。无菌、可温控的环境使用基于水凝胶的定制生物树脂细胞兼容型波长（780纳米）打印后1小时细胞存活率90％（通过活死细胞染色试剂测得） Quantum X bio系统配备Nanoscribe UX优化软件，经验证的 STL模型生物打印库。结合在打印过程中对传感器和视频数据的实时监控，您能够轻松获得的打印结果，并且直接利用系统的触控制屏上传、启动和监控打印作业， 甚至进行远程操作。 上左图：Quantum X bio系统摄像图像：用于细胞培养的微孔阵列的3D打印上右图：荧光显微镜图像：带有荧光的NIH 3T3细胞附着在由IP-S制成的生物相容性支架上，从而进行增殖 系统属性打印技术基于双光子聚合（2PP）的逐层3D打印技术具有体素调整能力的双光子灰度光刻技术（2GL ® ）。基底显微镜载玻片(3 x 1" / 76 x 26 mm)MatTek细胞盘（35mm或50mm）最大6英寸（150mm）的晶片基底玻璃、硅以及其他透明和不透明的材料其他基材/尺寸光刻胶Advanced BioMatrix的水凝胶Xpect Inx的生物墨水Nanoscribe IP 光刻胶（聚合物）Nanoscribe GP-Silica (玻璃)第三方和定制材料最大打印面积50 x 50 mm² 更多有关3D双光子无掩模光刻技术和产品咨询欢迎联系Nanoscribe中国分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司 德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳加工系统：

C230H氧气透过率测试系统——本产品基于库仑氧气分析传感器和等压法测试原理，参照ASTM D3985标准设计制造，为高、中气体阻隔性材料提供高精度和高效率的氧气透过率检测试验。适用于食品、药品、医疗器械、日用化学、光伏电子等领域的薄膜、片材、包装件及相关材料的氧气透过性能测试。产品优势：只为精准——先进流体力学和热力学设计的专利测试集成块；空间立体恒温技术；独立监测各腔测试情况的温湿度传感器；高效合规——同时测试3个相同试样，符合平行试验的标准要求；支持同一条件下3个不同试样测试；节省人力——自动温度、湿度控制；简便易用——搭载Windows10系统的12寸触控平板操作；快速自动测试；自动数据管理的DataShieldTM数据盾系统；产品特点：1、新一代先进测试集成块——先进热力学和流体力学分析设计的专利三腔一体测试集成块结构，大幅缩小三腔之间温度、湿度和流量差异。支持三个相同或不同试样的同步测试。2、自动温度、湿度控制——设备内部温度、湿度自动调节。测试腔各自安装温湿度传感器监测温湿度情况，控制测试过程更加精准。3、易用高效的系统功能——搭载高性能处理器和Windows10操作系统，通用各种软件和设备；自动测试模式，不需人工调整快速获得精确结果；专业测试模式，提供了灵活丰富的仪器控制功能，满足个性化科研需要；独有DataShieldTM数据盾系统，对接用户数据集中管理要求，支持多种数据格式导出；采用可靠安全算法，防止数据泄露；支持通用有线和无线局域网，选配专用无线网，支持接4、入第三方软件。先进的用户服务意识——坚持以用户为中心的服务理念使Labthink造就了成熟的产品定制系统流程，可以提供灵活周到的个性化定制服务。测试原理：将预先处理好的试样夹紧于测试腔之间，氧气或空气在薄膜的一侧流动，高纯氮气在薄膜的另一侧流动，氧分子穿过薄膜扩散到另一侧中的高纯氮气中，被流动的氮气携带至传感器，通过对传感器测量到的氧气浓度进行分析，计算出氧气透过率等结果；对于包装件而言，高纯氮气则在包装件内流动，空气或氧气包围在包装件外侧。参照标准：ASTM D3985、ASTM F1307、ASTM F1927、GB/T 19789、GB/T 31354、DIN 53-3、JIS K7126-2-B、YBB 00082003-2015技术参数：测试范围：0.01～200cm3/(m2day) (标准)；0.0007～12.9cc/(100in2day)；0.00005～1cm3/(pkgday)(包)分辨率：0.001cm3/(m2day)重复性：0.01cm3/(m2day)或2%，取大者测试温度：10～55℃±0.2℃测试湿度：0%RH，5%RH～90%RH±1%RH，100%RH附加功能：包装件测试(最大3L)：可选DataShieldTM数据盾：可选GMP计算机系统要求：可选CFR21 Part11：可选技术规格：测试腔：3样品尺寸：108mm×108mm样品厚度：≤3mm标准测试面积：50cm2载气规格：99.999%高纯氮气（气源用户自备）气源压力：≥0.28MPa/40.6psi接口尺寸：1/8 英寸金属管创新点：C230H氧气透过率测试系统基于库仑氧气分析传感器和等压法测试原理，参照ASTM D3985标准设计制造，为高、中气体阻隔性材料提供高精度和高效率的氧气透过率检测试验。 创新技术特点： （1）新一代先进测试集成块——先进热力学和流体力学分析设计的专利三腔一体测试集成块结构，大幅缩小三腔之间温度、湿度和流量差异。支持三个相同或不同试样的同步测试。 （2）搭载Windows10系统的12寸触控平板操作；快速自动测试；自动数据管理的DataShieldTM数据盾系统； 高精度C230H氧气透过率测试仪

秤对人们来说并不陌生，然而，有一种秤，人们却从没有听过、见过，那就是上海交大物理系朱卡的教授团队发明的“光秤”。 　　朱卡的教授和他所指导的李金金博士以量子光学和纳米材料为研究基础，在国际上首次发明了纳米光学质谱仪，也就是“光秤”，可以对生物DNA分子的质量、染色体的质量以及中性原子的质量进行无损高精度的光学测量。 　　朱卡的教授说，他的研究团队将碳纳米管、量子点和表面等离激元的复合系统等系统地组合起来研究，发明了第一个全光控制的高灵敏纳米光学质谱仪。 　　对这一研究成果，美国物理学会评价：“这项研究工作有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。”国际公认的物理学界顶尖综述期刊《Physics Reports》也刊登了朱卡的教授团队该成果的长篇综述性论文。这也是上海交通大学首次以唯一单位在该期刊上发表论文。 　　据朱卡的教授介绍，目前测量原子和质子等微观粒子质量的方法或仪器包括经典质谱仪和电学纳米质谱仪。与这两种传统的方法相比，“光秤”的灵敏度和精确度都大幅提高。 　　“旧的探测方法的不足之处是，被探测的粒子要使其强行带电，才能够被测量。”朱卡的教授表示，这就意味着，由于很多固有属性不能带电的粒子，其质量的测量将受到限制，比如DNA分子，如果强行使其带电，就可能造成其生物成分遭到破坏。 　　朱卡的教授估算，通过全光控制的“光秤”，灵敏度和精确度比传统的电学质谱仪高出了将近3个数量级。他表示，这项研究工作在现有电学质谱仪上做了很大的提升和改进，用全光学的方法代替了传统的电学测量，放大了人们对微观世界的认识，并带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。

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在长期对药物递送的研究中，学者发现纳米颗粒已成为克服常规药物制剂及其相关药代动力学限制的合适载体。随着微流控设备的创新混合和过滤技术发展，针对药物研究新领域的探索正在得到不断拓展。特别是脂质纳米粒携带药物的新发现吸引了研究人员的浓厚兴趣。脂质体已被证明在溶解治疗药物方面具有优势，可以控制药物长期缓释，大大延长了药物的循环寿命。微流体的性能对于在极小尺寸下精确制备脂质纳米粒作为药物载体具有巨大优势。在这一领域，德国布伦瑞克工业大学（TU）的一个科研团队利用Nanoscribe的高精度3D微纳加工技术发明了一种特制的微流控芯片。该芯片包含一个创新的混合器，用于生产单分散载药纳米颗粒，并进行精确的粒径控制。这将有助于推动新的药物递送概念发展。图示同轴层压混合器可以完全消除与带通道壁有机相的接触，同时有效地混合有机相和水相。这种独特的混合器包括同轴注射喷嘴、一系列拉伸和折叠元件以及入口过滤器是无法通过传统的2.5D微纳加工实现的，但是3D双光子聚合技术则可以完美实现加工制造。图片来自于Peer Erfle, TU Braunschweig生产有效且成本效益高的定制药物在制药行业广受关注。难溶性药物的特性限制其口服和非肠道给药，为解决难溶性问题，含有难溶性药物的脂质纳米粒将成为有效候选药物，因为它们提供更快的溶解速度。然而，生产这些脂质纳米粒则非常具有挑战性。整个流程包括多个步骤，例如纳米颗粒的制备和药物载体与纳米颗粒的结合。在纳米颗粒的生产过程中，重要的是管理窄粒径分布，以达到70 nm至200 nm的要求范围。为此，与批量混合技术相比，微流控系统提供了一种更为优化的解决方案。微流体能够精确控制和调节极少量液体的混合，且在微流体中的混合可同时实现纳米颗粒的制备。而这需要使用更有效、更复杂的混合元件来调节纳米颗粒的性质并优化混合机制。如今科学家们利用Nanoscribe公司双光子聚合（2PP）技术制作自由曲面三维微流控元件，并将其集成到复杂的微流控芯片中。这种多功能3D微加工的使用旨在实现缩小粒度分布。复杂微流控芯片3D微纳加工制作布伦瑞克大学（TU Braunschweig）的科学家们通过对微流控领域的研究发明了一种开创性的解决方案，以制备单分散的药物载体纳米粒。他们利用Nanoscribe公司的双光子聚合3D打印技术制作出完整的微流控芯片。该芯片采用独特的微纳混合器件，用于同轴层压和稳定的纳米颗粒生成。整个厘米级微流控芯片由一个连接到横向通道的主通道、一个用于同轴注射喷嘴、一系列3D混合原件和用于减少污染的入口过滤器组成。这种复杂的芯片设计因其小型化特性和极高的表面质量脱颖而出（如内径达到200µm的主通道，孔径达到15µm的入口过滤器）。可以混合有机相和水相的拉伸和折叠微纳元件具有复杂的3D结构。在以往，由于底部内切结构和开放圆柱区域难以成型，传统的2.5D微纳加工和使用微纳注塑成型的大规模生产是无法制造这种微流控系统的。由Nanoscribe公司打印系统制作的3D微纳加工微流控系统可实现用于生产特定尺寸的纳米颗粒，并具有高度复制性特点。用三个单独制作的微纳系统对相同的设计做了测试，结果显示出纳米颗粒大小在几纳米范围内的分散性变化非常小。该结果证实了基于Nanoscribe 2PP技术的3D打印能够生产出具有窄粒径分布的高重复性纳米颗粒。这些发现对未来实现纳米颗粒的平行生产制造具有重要意义。位于喷嘴下游的一个拉伸和折叠混合元件的SEM图像。图片来自于Peer Erfle, TU Braunschweig科研团队：Technical University Braunschweig – Institute of Microtechnology Technical University Braunschweig – Department of Pharmaceutics Technical University Braunschweig - PVZ - Center of Pharmaceutical Engineering Nanoscribe Photonic Professional GT2使用双光子聚合(2PP)来产生几乎任何3D形状：晶格、木堆型结构、自由设计的图案、顺滑的轮廓、锐利的边缘、表面的和内置倒扣以及桥接结构。Photonic Professional GT2结合了设计的灵活性和操控的简洁性，以及广泛的材料-基板选择。因此，它是一个理想的科学仪器和工业快速成型设备，适用于多用户共享平台和研究实验室。Nanoscribe的3D无掩模光刻机目前已经分布在30多个国家的前沿研究中，超过1,000个开创性科学研究项目是这项技术强大的设计和制造能力的证明。更多有关3D双光子无掩模光刻技术和产品咨询欢迎联系Nanoscribe上海分公司 - 纳糯三维科技（上海）有限公司德国Nanoscribe 超高精度双光子微纳3D无掩模光刻系统： Photonic Professional GT2 双光子微纳3D无掩模光刻系统 Quantum X 双光子灰度光刻微纳打印设备

作为一种新兴的力学超材料，三维微纳米点阵材料具有低密度、高模量、高强度、高能量吸收率和良好的可恢复性等优异的力学性能，极大地拓展了已有材料的性能空间。如何通过拓扑结构设计获得具有优异力学性能的三维微纳米点阵材料是固体力学领域的研究热点之一。微纳米点阵材料通常由具有特定结构的单胞在三维空间中周期阵列形成。根据组成单胞的基本元素的种类，可以将三维微纳米点阵材料分为基于桁架（truss）、平板（plate）和曲壳（shell）三种类型。目前，基于桁架的微纳米点阵材料已经表现出良好的力学性能，但其节点处的应力集中限制了其力学性能的进一步提升。近年来的研究表明，基于平板的微纳米点阵材料可以达到各向同性多孔材料杨氏模量的理论上限，然而其闭口的结构特点为其通过增材制造的手段进行制备带来了挑战。相比之下，具有光滑、连续、开口特点的曲壳结构则在构筑具有优异力学性能的微纳米点阵材料方面具有天然的优势。近期，清华大学李晓雁教授课题组采用面投影微立体光刻设备（microArch S240，摩方精密BMF）制备了特征尺寸在几十至几百微米量级的多种桁架、平板和曲壳微米点阵材料。所研究的结构包括Octet型和Iso型两种桁架结构、cubic+octet平板结构以及Schwarz P、I-WP和Neovius三种极小曲面结构。其中，cubic+octet平板结构是早先研究报道的能够达到各向同性多孔材料杨氏模量理论上限的平板结构。该团队通过原位压缩力学测试研究并对比了多种不同结构的微米点阵材料的变形特点和力学性能。结果表明，相对密度较大时，I-WP和Neovius曲壳微米点阵材料与cubic+octet平板点阵材料类似，在压缩过程中呈现均匀的变形特点。而Octet型和Iso型两种桁架点阵则在压缩过程中形成明显的剪切带，发生变形局域化。相应地，I-WP和Neovius两种曲壳点阵和cubic+octet平板点阵具有比桁架点阵更高的杨氏模量和屈服强度，这与有限元模拟的结果一致。有限元模拟同时揭示了曲壳和平板单胞具有优异力学性能的原因在于其在压缩过程中具有更均匀的应变能分布，而桁架单胞节点处存在明显的应力集中，其节点处及竖直承重杆件的局部应变能甚至可以达到整体结构平均应变能的四倍以上。该研究表明，基于极小曲面的点阵材料能够表现出比传统的桁架点阵材料更为优异的力学性能，同时其光滑、连续、无自相交区域的特点使得其在构筑结构功能一体化的微纳米材料方面具有重要的应用前景。图1. (A-F) 多种桁架、平板及曲壳单胞结构；(G-L)采用面投影微立体光刻技术制备的多种不同结构的聚合物微米点阵材料图2. 利用面投影微立体光刻技术制备的聚合物微米点阵材料原位压缩力学测试结果。(A-F)工程应力-应变曲线；(G-L)不同结构的点阵材料在加载过程中的典型图像（标尺为2 mm） 图3. 周期边界条件下不同单胞结构单轴压缩的有限元模拟结果。（A-B）归一化杨氏模量和屈服强度随相对密度的变化；（C-H）不同单胞结构的应变能分布