ACAIC2024同期论坛：下一代材料结构与界面分析技术论坛
下一代材料结构与界面分析技术论坛高新材料产业是国家重要的基础性、战略性、先导性产业。要在这片蓝海占据先机，必须发展面向高精度、多尺度、动态和界面材料的下一代材料表征方法。在当前材料科学领域，对材料微观结构与表界面性质进行多维、精确表征已成为科研和工业界共同追求的重要目标。本次论坛分为上下场，分别围绕“分子结构分析”与“表界面表征”，涵盖新材料领域所需的代表性表征技术及其发展趋势，深入剖析包括中子散射大科学装置在内的散射技术、电化学扫描显微镜、等离子体表面成像、电子显微镜、石英晶体微天平、原子力显微镜等多种独特材料结构和界面表征装置的最新研究进展与动态，深入分析这些技术在材料表征领域的应用现状及其所面临的挑战，基于此讨论这些技术在未来的应用领域和方向，为科研和工业界提供有价值的参考。此外，论坛将着重探讨基于大科学装置的材料表征技术这一全新发展方向，以推动材料表征技术的持续创新与发展，有效促进材料科学领域的全新的合作和学术交流方式。 组织机构：华南理工大学材料科学与工程学院散裂中子源科学中心（高能所东莞研究部）广州市仪器行业协会论坛主席：华南理工大学材料科学与工程学院 张广照教授论坛召集人：华南理工大学材料科学与工程学院 龚湘君教授散裂中子源科学中心（高能所东莞研究部） 程贺研究员专题论坛日程安排：时间报告人报告主题14:00-17:00Section 1：材料结构表征大科学装置中国科学院高能物理研究所童欣研究员、孙志嘉研究员等中国散裂中子源极化中子、探测器和谱仪的研制与应用进展系列报告中国科学院上海高等研究院李娜研究员同步辐射溶液散射装置在生物制药领域的应用案例Section 2：材料表面分析表征技术东华大学陈前进研究员基于扫描电化学成像的单颗粒分析华南理工大学电镜中心王宇教授化学键强耦合半导体超结构的制备与原位电镜表征上海交通大学余辉长聘副教授用于表界面过程分析的超灵敏超分辨表面等离激元显微成像技术南昌大学王涛副教授石英晶体微天平的表征原理及应用创新广州中医药大学科技创新中心钱露高级工程师原子力显微镜探针改性及在新材料领域的应用论坛主席简介：张广照，华南理工大学教授、博导，国家杰青，长江学者，973首席科学家。长期从事高分子溶液与界面的工作，发展了QCM-D、微量量热等高分子表征方法，发现了阴离子杂化共聚反应。以此为基础，在海洋防污高分子材料方面取得突破。先后主持国家自然科学基金重点项目(3项)、973项目、军科委项目等国家级项目10余项。发表学术论文140余篇(通讯/第一作者)，出版专著2部、译著1部。获授权中外发明专利60余件（美、日、新、澳大利亚专利5件）。担任国际海洋材料保护研究常设委员会(COIPM)委员, 国际标准化组织和国际电工委员会(ISO/IEC)海洋污损专家组成员。以第一完成人获广东省技术发明一等奖、教育部科技进步一等奖、广东省专利金奖等。分论坛召集人简介龚湘君，华南理工大学材料科学与工程学院教授,博导。2014年加入华南理工大学材料学院任副教授，2017年至今任教授。研究兴趣为设计高精度动态显微成像技术研究颗粒、微生物、细胞、生物和环境分子在界面附近的动态行为和物理化学现象。包括：（1）三维动态光学显微镜的研制；（2）颗粒、气泡、微生物和细胞的相互作用表征、附着机制和运动策略；（3）生物分子和环境污染分子在界面的动态和迁移行为；（4）颗粒、气泡、微生物及细胞筛选、识别和控制技术。发表SCI论文40余篇，授权专利10项(美国专利1项)，主持国家自然科学基金等纵向及横向科研项目19项。获2023年中国仪器仪表协会朱良漪分析仪器青年创新奖。程贺，散裂中子源科学中心（中国科学院高能物理研究所东莞研究部）研究员，微小角中子散射谱仪科学家。中国材料与试验标准委员会（CSTM)下属科学试验技术领域委员会（FC98)委员、中国晶体学会小角散射专业委员会委员、中国化学会高分子学科委员会分子表征专业委员会。目前主要研究方向：一先进中子散射谱仪设计及关键部件研发；二中子散射研究软物质多相多尺度动态学和动力学。在先进谱仪设计研发方面，作为子课题主要参与者，建设我国第一台基于反应堆的小角中子散射谱仪，填补国内空白，该谱仪已于2012年10月通过科技部和中国科学院的验收；物理设计并组织建成世界上第1台基于散裂中子源的微小角谱仪，该谱仪已于2023年7月通过广东省科技厅组织的专家验收；使用散射方法，研究软物质——聚合物溶液和聚合物共混物中多相多尺度结构的动力学和动态学行为，已发表60余篇SCI论文、2篇专著。报告人简介及报告摘要报告题目：中国散裂中子源极化中子、探测器和谱仪的研制与应用进展系列报告 报告人1：中国科学院高能物理研究所 童欣研究员 童欣，中国科学院高能物理研究所研究员、散裂中子源科学中心副主任、中国科学院大学博士生导师、国家重点研发计划首席科学家、百千万人才工程国家级人选、中国散裂中子源学术委员会主任。2018年获中国科学院重大人才工程项目资助，加入中国科学院高能物理研究所，负责组建中国散裂中子源极化中子中心，领导并规划极化中子领域的建设与发展。获国家自然科学基金、科技部、中国科学院、广东省科技厅等十余项项目支持，获广东省自然科学基金杰出青年项目资助。获2020年度李氏基金会杰出成就奖，获橡树岭国家实验室重大事件奖多次，入选东莞市第九批创新创业领军人才。报告摘要：利用光泵的方法可将氦三原子核的极化进行累积，形成超极化态。超极化氦三气体在中子散射、医疗器械、粒子物理、精密测量等多个领域的应用。在报告中，本人将讲述氦三气体极化器的研制过程，研制的极化器解决了卡脖子问题，仪器性能指标达到国际先进水平。报告人2：中国科学院高能物理研究所 孙志嘉研究员孙志嘉，研究员是国家重大科技基础设施-中国散裂中子源探测器研发团队负责人和学科带头人，现任国家重点研发计划首席科学家和广东省高精度射线探测技术重点实验室主任，主要从事射线探测技术与方法研究，长期致力于高端科研仪器装备研发。近五年来，先后主持了国家自然科学基金重大科研仪器和重点项目、国家重点研发计划项目和广东省重点项目。在国内外核技术领域著名期刊发表高水平论文80余篇，获授权发明专利30余项。先后担任了中国核学会电离辐射计量分会、中国核学会核电子学与核探测技术分会、中国计量测试学会电离辐射专业委员会等多个核技术学术组织的理事和委员，2018年入选中国科学院青年创新促进会优秀会员，2023年入选中国人民政治协商会议第十四届全国委员会委员（科学技术界），为实现我国科技高水平自立自强建言献策。报告摘要：中国散裂中子源（CSNS）是“十二五”期间重点建设的大科学装置，是国际前沿的高科技、多学科应用的大型科研基础设施。探测器作为中子谱仪重要核心设备之一，长期以来严重依赖进口，并受制于发达国家的技术封锁，已成为制约我国中子谱仪建设与运行的“卡脖子”问题。探测器团队依托大科学工程CSNS建设，围绕中子谱仪的紧迫需求，通过对探测器、电子学、数据获取和实时控制等全技术链条的长期系统研究，解决了探测器多项共性的关键技术，建立了工程化大规模应用的探测器体系，先后完成了多台中子谱仪探测器的研制任务。未来将继续完善中子谱仪探测器研发体系，朝着更大面积、更高空间分辨、更高探测效率以及更高集成度四方向发展，促进我国中子科学与技术蓬勃发展。报告人3：中国科学院高能物理研究所 陈洁研究员陈洁，博士，中国科学院高能物理研究所研究员，中国散裂中子源能量分辨中子成像谱仪负责人。中国晶体学会固体局域结构与全散射技术专业委员会委员，国家重点研发计划课题负责人。2017年入选中国科学院青年创新促进会，2021年入选中国科学院基础研究领域青年团队，东莞市特色人才（二类），获2023年创新东莞科技进步奖一等奖（排名第二）。主要从事中子谱仪技术、中子衍射与成像实验方法学及其应用等研究。近年科学合作在Science Advances、Nature Communications、Advanced Materials、JACS、Nano Energy、Acta Materialia、Corrosion Science等学术期刊上发表论文30余篇。报告摘要：中国散裂中子源（CSNS）能量分辨中子成像谱仪（ERNI）是国内首台的高分辨成像与衍射相结合的中子成像谱仪。ERNI可探测材料和器件内部数厘米深处的结构信息，具备多尺度、多维度、多模态耦合的表征手段：常规中子照相和中子CT可提供试样内部的缺陷、孔洞、裂纹等信息；布拉格边中子成像和中子衍射可获得材料内部晶体结构、磁结构和应力应变的二维/三维空间分布；中子光栅成像可对材料内部的磁畴结构进行3D可视化。ERNI将服务新能源、新材料、高端装备制造等领域中，材料和器部件的研发与设计、加工制造、运行与服役性能评价等研究与应用，同时将应用于文化遗产和考古、植物生理学、地质、深海等特色研究领域。报告人4：中国科学院高能物理研究所 康乐正高级工程师康乐，中国科学院高能物理研究所东莞研究部（散裂中子源科学中心）正高级工程师，硕士生导师。现任职散裂中子源科学中心合作谱仪机械总工程师，南方科技大学合作谱仪——高压中子衍射仪项目负责人，散裂中子源二期工程副总工程师。2005年在中国科学技术大学精密机械与精密仪器系取得学士学位，同年保送硕博连读，2010年在中国科学技术大学国家同步辐射实验室取得核科学与技术专业博士学位。2010年入职中国科学院高能物理研究所，参与大科学装置-中国散裂中子源建设工作，主要从事中子散射技术，中子谱仪物理、工程设计，中子及同步辐射光学工程方面的研究工作。报告摘要：中国散裂中子源是国家“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首，是我国首台基于散裂反应的加速器驱动脉冲中子源，于2018年8月23日顺利通过国家验收，为材料科学、生命科学、资源环境、新能源等方面的基础研究和高新技术研发提供了强有力的研究平台，对满足国家重大战略需求、解决前沿科学问题、解决瓶颈问题具有重要意义。基于高压中子散射探针在新能源、功能材料、凝聚态物理、地球物理及生命科学方面的重大需求，南方科技大学联合散裂中子源科学中心在中国散裂中子源建设一台兼具衍射和成像功能的高压粉末中子衍射仪，将实现多种服役条件下对矿物、陶瓷、水合物、有机物等物质结构性能的研究。报告人5：中国科学院高能物理研究所 缪平研究员缪平, 中国科学院高能物理研究所研究员、博导、中国散裂中子源（CSNS）高分辨中子衍射仪负责人。在CSNS主持建设我国首台超高分辨中子衍射仪，并且创新探索高分辨中子衍射技术的多学科交叉应用，在磁性反常热膨胀、量子自旋液体、铁基超导以及有机质子导体材料等领域，产出多项成果。报告摘要：中国散裂中子源高分辨中子衍射仪（TREND）由中国散裂中子源与北京大学深圳研究生院合作建设，其最佳分辨率设计指标达到≤0.05%的超高水平，将成为我国首台、世界第三台的超高分辨中子衍射仪。同时，为了满足小样品测试以及动态原位观察的需求，样品处中子通量也将达到较高水平，其设计指标为1×106n/s/cm2@100kW。该谱仪的应用领域如下：（1）凝聚态物理领域里细微结构变化引发的物性变化以及临界行为；（2）精确解析功能材料复杂晶体结构；（3）功能材料原位实验高精度测量结构变化、及其对性能的影响；（4）金属材料的晶粒和晶格微应力测量；（5）晶体学方法学研究，比如非公度晶体结构、非公度磁结构等。报告人：中国科学院上海高等研究院 李娜研究员报告题目：同步辐射溶液散射装置在生物制药领域的应用案例李娜，研究员，同步辐射生物小角X-射线散射线站科学家、上海光源BL19U2同步辐射溶液散射线站负责人，主要研究方向为同步辐射溶液散射技术方法学开发及其在软物质领域中的应用研究。现已以第一作者、通讯作者和共同作者的身份在国际知名期刊发表论文83篇；作为项目负责人主持科技部、中科院、上海市各类科研项目合计14项。现已提交专利申请8项，获批5项。现已出版科普译著3部、专著1部；同时参与撰写学术专著1部；主持完成学术译著1部。2017年入选中国科学院青年创新促进会会员，2021年入选中国科学院特聘研究岗位“骨干研究员”。2022年入选上海市青年科技人才协会。2023年入选中国科学院“关键技术人才”（工程技术类）。现任Frontiers in Molecular Biosciences学术期刊编审，同时作为Scientific Reports，Biochimica et Biophysica Acta特约审稿人。报告摘要：溶液小角散射实验方法是表征溶液体系多尺度时空结构的研究利器，在软物质研究领域已得到广泛应用。位于上海同步辐射光源的BL19U2生物溶液小角X-射线散射（SAXS）线站，具有光通量高以及准直性好的特点。从应用研究需求出发，线站自主开发了多元化的溶液SAXS原位实验装置，同时线站配备有快速数据采集探测器以及自动散射数据分析处理程序，使得弱散射体系的小角散射测量以及结构演化动力学时间分辨测定更为方便。本报告将分享BL19U2线站最新实验装置方法学研究进展以及在生物制药领域的应用研究案例。报告人：东华大学 陈前进研究员报告题目：基于扫描电化学成像的单颗粒分析陈前进，东华大学研究员，国家高层次青年人才。本科和博士分别毕业于四川大学和香港中文大学，随后在美国犹他大学和德州大学奥斯汀分校从事博士后研究。2018年加入东华大学化学与化工学院，任特聘研究员、博士生导师。独立工作以来以通讯作者在PNAS, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Anal. Chem.等期刊发表SCI论文 30余篇。主持国家自然科学基金面上/青年、上海市自然科学基金探索/面上等项目。2022年获中国颗粒学会自然科学奖二等奖（唯一完成人），受邀担任中国颗粒学会理事会理事，《中国化学快报》等期刊青年编委。主要研究方向为电分析化学，单颗粒分析，电化学成像。报告摘要：高效低廉的电催化剂合成和开发是电化学研究的重要方向之一。传统方法主要将纳米催化剂与导电碳粉、粘合剂等混合制备复合电极，所获得的结果是一种系综平均，难以反应催化剂个体的真实活性和反应异质性。我们发展了基于微液滴方法的扫描电化学成像技术，实现了电化学过程的单粒子水平研究。（1）单个纳米晶颗粒及其有序组装体的电催化反应过程，从单个颗粒水平建立其本征尺寸、晶相、结构、组成和电催化活性的构效关系；（2）在亚个体水平识别空间反应活性位点，明确活性分布与贡献；（3）基于电化学析气反应产生局域气体过饱和条件实现单个纳米气泡动态行为的实时电化学监测，在单个气泡水平理解界面异相成核行为，定量描述了表面纳米拓扑结构-气泡成核能垒的关系。报告人：华南理工大学电镜中心 王宇教授报告题目：化学键强耦合半导体超结构的制备与原位电镜表征王宇，华南理工大学电镜中心与前沿软物质学院双聘教授，珠江青年拔尖人才。本科毕业于南京大学基础学科强化部，博士毕业于厦门大学化学系，曾于美国阿克伦大学、加州大学伯克利分校、劳伦斯伯克利国家实验室从事博士后研究，2021年加入华南理工大学。长期从事可控组装及催组装的方法学发展以及组装原位表征技术发展。开发原位液相透射电镜表征方法，创制高通量电镜智能操作与分析系统，开发电镜成像模拟算法，将人工智能用于图像及物相分析。通过（催）组装构建功能材料并发展智能电子显微镜技术，以材料制备与表征方向的创新推动光电、催化、及电池领域。近年来，发表通讯或第一作者论文包括Nature Communications (3)、JACS (3)、Science Advances、Chemical Society Reviews 在内的科学论文十余篇。报告摘要：半导体超晶格中强电子耦合则有望带来超原子晶体、超导、超高电荷迁移率材料等新物理和新材料突破。自组装过程中量子点的配体演化决定超晶格中的电子耦合强度，能否实现新物理的关键，但因缺少高分辨原位表征手段，人们对该过程的认知仍十分匮乏。我们针对纳米粒子自组装体系设计了原子分辨率透射电镜液相原位池，研究半导体量子点自组装形成超晶格过程中的配体物理化学，获得量子点原子分辨率实时成像，揭示了不同化学环境下配体移除所导致的迥异自组装动力学及其对超晶格中电子耦合强度的影响。基于原位表征获得的配体物理化学认知，我们开发了一类新的强电子耦合超晶格及其制备方法，通过高效率配体移除将二维量子材料组装成界面强电子耦合的扭角超晶格，通过电子能谱与理论计算共同揭示了此类扭角超晶格中可在室温下涌现出新能带结构，为超原子晶体和信息存储提供一类新材料。本报告也将简单涉及人工智能在原位电镜图像及物相分析中的应用。报告人：上海交通大学 余辉长聘副教授报告题目：用于表界面过程分析的超灵敏超分辨表面等离激元显微成像技术余辉，上海交通大学生物医学工程学院长聘副教授，博士生导师。本科与博士均毕业于浙江大学，并先后在香港科技大学和美国亚利桑那州立大学开展研究工作。2017年回国担任独立PI，带领团队开展光学成像技术、光学传感技术及体外诊断技术研究，在无标记动态光学成像、生物标志物检测等方向取得创新成果，在PNAS等顶级期刊发表学术论文40余篇，申请/授权专利10余项。担任十四五国家重点研发计划专项课题负责人、基金委国家重大科研仪器研制项目子课题负责人、国自然面上项目负责人，入选上海市浦江人才计划。报告摘要：对微纳米尺度材料表界面的动态分析至关重要，已有技术在灵敏度与分辨率上仍存在关键局限。表面等离激元是存在于金属与介质界面处的倏逝波，并仅对界面附近纳米级区域内的折射率变化敏感，是非标记动态分析界面过程的有效工具。表面等离激元显微成像技术结合了表面等离激元的高灵敏度与光学成像的高分辨率，为界面处分子相互作用分析、单颗粒催化过程分析、电化学成像等领域提供了独特的研究手段。本报告将介绍表面等离激元显微成像技术应用与表界面分析的基本原理、技术及系统，并汇报本课题组近年来在进一步发展超灵敏与超分辨表面等离激元显微成像技术方面所取得的研究进展。报告人：南昌大学 王涛副教授 报告题目：石英晶体微天平的表征原理及应用创新王涛，2013年博士毕业于中国科学技术大学高分子化学与物理专业，2016年加入南昌大学，获得江西省首批“双千计划”项目，主持国家自然科学基金3项，江西省自然科学基金1项，主要研究方向包括高分子材料界面化学与物理、界面功能材料和高分子能源材料等。本人主要涉及的表征仪器为耗材型石英晶体微天平（QCM-D），研究内容从研究高分子材料在界面上的构象与性能的关系，逐渐扩展界面功能材料、纳米材料等方面的应用，尤其是近几年开展了基于电化学石英晶体微天平(EQCM-D)在储能材料界面性质的研究。
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