微尺度固体材料结构

本文由马尔文帕纳科医药行业应用专家陈丽供稿本文摘要本文将简单介绍研究纳米尺度微结构的重要手段：小角X射线衍射（Small Angle X-Ray Scattering, SAXS）技术原理及相关产品。X射线衍射与小角X射线散射 X射线是具备相应波长的电磁波或带有相应能量的光子束。X射线的波长和能量介于γ-射线和紫外线之间。其波长范围为0.01-10nm；对应的能量范围为0.125-125Kev。小角散射（Small Angle X-ray Scattering，SAXS）：如果样本具有不同电子密度的周期性结构，X射线被不相干散射，散射 X 射线的角度就与入射 X 射线的角度相差很小（一般2θ≤ 5°），称为小角X射线散射效应。主要用于研究亚微米尺度的固态及液态样品结构。小角散射效益来自物质内部1～100nm量级范围内电子密度的起伏，通过对小角X射线散射图或散射曲线的计算和分析即可推导出微结构的形状、大小、分布及含量等信息。这些微结构可以是孔洞、粒子、缺陷、材料中的晶粒、非晶粒子结构等。广角散射（Wide Angle X-ray Scattering，WAXS）：如果样本具有周期性结构（晶区），X射线被相干散射，入射光和散射光之间没有波长的改变，这个过程称为 广角X射线衍射。主要用于研究较晶体结构和非晶体结构。与小角散射相比，广角散射的散射角度较大，可以覆盖从几度到几十度的范围。通过检测广角散射信号，可以获得关于晶体晶格参数、晶胞体积、颗粒尺寸和颗粒形貌等信息。SAXS - WAXS表征Empyrean Nano版锐影Empyrean Nano版锐影多功能 X 射线散射系统基于Empyrean平台和Pre-FIX预校准概 念，为纳米材料研究/小角散射专家特殊定制的 高性能多功能散射研究平台操作简单，无需校准高性能散射研究平台，但不局限于散射（1D/2D SAXS/WAXS；USAXS；GI-SAXS；PDF；CT)多种配置可选多功能 X 射线散射系统Empyrean Nano版+PIXcel3D 基于铜靶应用Empyrean Nano版+GaliPIX3D 兼顾对分布函数（PDF）分析高分辨光管+聚焦透镜+ScatterX78+3D探测器2D WAXS, 最低2theta 0.1°, 最高±22°（PIXcel）或±30°（GaliPIX）变温毛细管样品架，温度范围5-70℃ Scatter X78 样品架能实现液体，固体，纤维等纳米材料分析，仪器自动校准光路，真空启动3分钟即可测试样品。

近年来，微米尺度金属增材制造技术得到了快速的发展，并广泛应用于光学、微机器人、微电子学等领域。目前，微米尺度3D金属结构可以采用聚焦电子/离子束诱导沉积、激光感应光致还原等3D打印技术直接制备而成，或者采用双光子聚合3D打印技术结合电镀技术多步制备而成。其中，基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积技术被认为具有极大的优势：该技术无需进行任何后处理，而且可制备致密性好、导电、无污染的金属样件。然而，如何在保持打印分辨率的情况下提高打印速率是该技术面临的一个难题。本研究论文是基于中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁的金属电化学沉积3D打印系统，在保持电场电势和体素高度不变的情况下，研究了施加压力和喷嘴直径对体素水平尺寸的影响。研究结果发现，在打印过程中保持喷嘴直径不变，针对施加压力的实时调整可以实现体素面积两个数量级的跨越，并且通过改变施加压力，使用孔径为500nm的喷嘴成功制备了四根线径不同的铜线圈。基于以上研究，该技术通过精确调整体素尺寸不仅可以实现同一打印样件从亚微米级到亚毫米级的跨尺度制作，而且还可以显著提高打印速率。该技术使用铜作为金属打印材料，但同样适用于其他电镀金属。 图1. 基于中空AFM悬臂梁金属电化学沉积3D打印系统示意图及打印过程示意图 图2. 使用孔径为500nm的喷嘴打印的四根线径不同的铜线圈的SEM图，其中，a图和b图是同一结构的两种不同视图 原文链接：https://doi.org/10.1002/adem.201900961关于摩方精密重庆摩方精密科技有限公司(BMF，Boston Micro Fabrication)从事微纳3D打印设备的研发、生产及销售，专注于高精密3D打印领域。摩方精密采用面投影微立体光刻（PμSL: Projection Micro Stereolithography）技术，该技术具有成型效率高、加工成本低等突出优势。作为高精密增材制造领域的领军企业，已和众多全球知名企业开展业务合作，包括GE医疗、美国强生、日本电装、安费诺、泰科电子等，产品广泛应用在连接器、精密医疗器械、消费电子、精密加工等行业。摩方精密也与瑞士Exaddon AG公司合作，在中国区进行微纳金属3D打印设备提供服务和推广。基于电化学沉积技术的金属微增材制造技术，Exaddon创新地设计了微纳金属打印系统CERES。CERES可以在室温下以亚微米级分辨率打印复杂的微金属结构，尺寸从1 μm到最大1000 μm(人类的头发一般为80～90μm)，并且无需进行后处理。Exaddon CERES 微纳金属3D打印系统官网：https://www.bmftec.cn/links/10

一、项目基本情况： 项目编号：SDGP370000000202302001459 项目名称：济南大学材料科学与工程学院科研与学科建设设备购置三 预算金额：850.0万元 最高限价：850.0万元 采购需求：标的标的名称数量简要技术需求或服务要求本包预算金额（单位：万元）A多尺度微结构表征系统 1 详见公告附件 850.000000 项目编号：SDGP370000000202302001464 项目名称：济南大学材料科学与工程学院科研与学科建设设备购置二 预算金额：560.0万元 最高限价：560.0万元 采购需求：标的标的名称数量简要技术需求或服务要求本包预算金额（单位：万元）A场发射物相分析仪 1 详见公告附件 560.000000 合同履行期限：合同签订之日起至质保期结束 本项目不接受联合体投标。二、获取招标文件： 1.时间：2023年5月8日8时30分至2023年5月15日16时30分，每天上午08:30至11:30，下午13:30至16:30（北京时间，法定节假日除外） 2.地点：海逸恒安项目管理有限公司 3.方式：第一步：供应商在中国山东政府采购网中完成项目备案。第二步：供应商在海逸恒安项目管理有限公司网站上录入单位名称、联系人及电话等信息；链接：http://www.sdhyha.cn/qpoaweb/prg/gys/baoming.aspx?id=34084ZETV。第三步：将采购文件工本费网银汇款截图或银行电汇凭证扫描件（备注供应商名称），发送至luanxiangru@sdhyha.com邮箱。 4.售价：300元/份，缴纳形式：电汇或网银，开户单位名称：海逸恒安项目管理有限公司，开户银行：中信银行济南龙奥支行。账号：8112501013101275518。注：本项目实行资格后审，获取招标文件成功不代表资格后审的通过。三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系： 1、采购人信息 名 称：济南大学 地 址：济南市南辛庄西路336号(济南大学) 联系方式：0531-82765758(济南大学) 2、采购代理机构 名 称:海逸恒安项目管理有限公司 地 址：山东省省济南市市历下区县（区）工业南路68号号华润置地广场A5-6号楼26层、27层 联系方式：0531-82667532 3、项目联系方式 项目联系人：栾翔茹 联系人电话：0531-82667532

众所周知，光学显微镜的分辨率即使达到波动光学理论的极限也只不过 200nm，对材料微观结构的认识还存在一定的局限。电子显微镜的点分辨率虽然可以达到 0.1nm，但考虑到电子的穿透深度较低，同时与结构原子相互作用可能引起结构的改变，难以实现蛋白质、DNA 等生物大分子的原位无损观测。近年来，基于水窗波段（2.3nm-4.4nm）的软 X 射线显微和光谱学技术的发展为土壤和生物细胞的原位分析提供了新的途径，避免了化学提取或样品处理过程产生的人为干扰。基于透射 X 射线吸收成像原理的软 X 射线显微成像技术，能够在纳米尺度的空间分辨率上获得材料的三维图像信息，实现样品的无损观测。软 X 射线吸收精细结构光谱分析能够获取样品内在元素价态及分子结构的变化信息。两种技术相结合的软 X 射线原位成像和光谱分析已成功在同步辐射光源上得以验证，并在纳米尺度上观测到土壤有机质和生物体细胞内碳元素种类的异质性分布。但同步辐射测试机时紧张，往往跟不上科研需求，极大地限制了这类表征技术在各领域的应用。鉴于此，德国 HP Spectroscopy 公司推出了实验室软 X 射线吸收精细结构光谱仪和显微成像系统。该系统采用双光路设计，核心是激光驱动气体等离子体产生的 XUV 光源，能够同时满足水窗波段的软 X 射线显微和高分辨率的 NEXAFS 表征。图1. 激光驱动等离子体 XUV 光源系统得益于水分子对水窗波段的软 X 射线的高透性，利用该系统可以原位观测一种耐辐照球菌和囊裸藻类生物的活体显微结构，如图2 所示。从显微图像可以看出，受限于生物样品的厚度，虽然这些生物体内部更详细的结构信息难以被观测到，但生物体的边界轮廓非常清晰。图2. 一种耐辐照球菌（DSM no. 20539）（左）和囊裸藻类生物（SAG 1283-11）（右）的软 X 射线显微成像图，曝光时间分别为 5 min 和 60 min与此同时，利用软 X 射线吸收精细结构光谱的元素的特异性及局域环境的敏感性，通过原位探测土壤有机质的分子结构变化，能够让我们从生命活动的产物在土壤中的滞留状态及这种状态与土壤中生命的关系重新审视土壤有机质的本质。例如，NEXAFS 光谱中脂肪族 C 峰强度的增加可能与根系沉积物的滞留有关等。图3 聚酰亚胺、腐植酸、富里酸和淋溶土的碳 K 边 NEXAFS 谱图（左）和几类有机质的碳 K 边 NEXAFS 谱图，单个光谱采集时间为2.5 min软 X 射线吸收精细结构光谱和显微成像系统——proXAS德国 HP Spectroscopy 公司采用的激光驱动等离子体产生 XUV 光，无固体碎屑产生，可满足 1-6nm 波长范围内的光谱分析及多个特征波长的单色 XUV 光发射。像差校平场光栅结构能够实现最高 400 eV 带宽的摄谱范围，元素吸收边覆盖 C、N、O 等轻元素的 K 边及 Ti、V、Mn 等过渡金属元素的 L 边。目前得到的 1-6nm 波长范围内的 NEXAFS 光谱分辨率 ≥1500。系统主要参数描述如下激光驱动XUV光源波长/能量范围1-6 nm/200-1200 eV重频20 Hz像差校正平场光栅谱仪光源光通量1E15 photons/s/sr @ 200-800 eV光谱分辨率λ/∆ λ≥1500 @ 200-1200 eV摄谱能量带宽∆ E=250-400 eV @ 200-1200 eV光谱采集时间≤5 min (100 nm有机薄膜)分析元素浓度≥0.2 wt%腔室真空度≥1E-5 mbar控制及光谱分析系统探测器类型CCD探测器探测器像素尺寸≤13.5 μm×13.5μm控制及光谱分析软件集成光谱系统控制、光谱分析及校正功能软X射线显微系统单色波长λ=2.88 nm（其他波长可定制）空间分辨率≤50 nm相关阅读利用实验室XANES改进电解催化剂使用实验室XANES优化合成气转化催化剂“足不出户，走进XAFS” proXAS高分辨实验室桌面NEXAFS谱仪助力材料化学结构表征分析太强了！看最新非扫描式桌面XAFS谱仪在催化领域出神入化的应用非扫描台式X射线吸收精细结构谱仪，加速非晶材料结构及其演化过程探索的步伐关于HP Spectroscopy德国 HP Spectroscopy 公司成立于 2012 年，致力于为全球科研及工业领域的客户定制最佳 X 射线解决方案，是全球领先的科研仪器供应商。现可提供 5-12keV 的非扫描式桌面 X 射线吸收精细结构谱仪 hiXAS，以及200-1200eV 的平场光栅软 X 射线吸收精细结构谱仪 proXAS，产品线还包括 XUV/VUV/X-ray 光谱仪，beamline 产品等。主要团队由 x 射线、光谱、光栅设计、等离子体物理、beamline 等领域的专家组成。长期与全球领先的研究机构的科学家维持紧密合作，关注前沿技术，保持产品的迭代与创新。众星联恒作为 HP Spectroscopy 中国区 XAS 系统授权总代理商，为中国客户提供所有产品的售前咨询，销售及售后服务。我司始终致力于为广大科研用户提供专业的 EUV、X 射线产品及解决方案。如果您有任何问题，欢迎联系我们进行交流和探讨。参考文献：[1] Zhe (Han) Weng, Johannes Lehmann, et al. Probing the nature of soil organic matter, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 52(22), 4072-4093 (2022). DOI: 10.1080/10643389.2021.1980346.[2] Jonathan Holburg, Matthias Müller, et al. High-Resolution Table-Top NEXAFS Spectroscopy, Analytical Chemistry 94 (8), 3510-3516 (2022). DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04374.[3] Matthias Müller, Tobias Mey, et al. Table-top soft x-ray microscope using laser-induced plasma from a pulsed gas jet, Opt. Express, 22, 23489-23495 (2014). DOI: 10.1364/OE.22.023489.[4] Matthias Müller, Tobias Mey, et al. Table-top soft X-ray microscopy with a laser-induced plasma source based on a pulsed gas-jet, AIP Conf. Proc., 1764, 030003-03008 (2016). DOI: 10.1063/1.4961137.免责声明：此篇文章内容（含图片）部分来源于网络。文章引用部分版权及观点归原作者所有，北京众星联恒科技有限公司发布及转载目的在于传递更多行业资讯与网络分享。若您认为本文存在侵权之处，请联系我们，我们会在第一时间处理。如有任何疑问，欢迎您随时与我们联系。

7月19日上午，西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心与泽攸科技在西安举行了隆重的联合实验室成立仪式。这一合作标志着双方在微纳尺度材料行为研究领域的深度合作正式启动，旨在通过产学研结合的方式，推动相关领域的技术创新和应用发展。西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心是国内领先的材料科学研究机构，长期致力于微纳尺度材料的力学行为、结构设计及其在高端装备制造中的应用研究，该中心拥有一支高水平的研究团队，并在国内外学术界享有盛誉。泽攸科技是一家具有完全自主知识产权的精密仪器高科技公司。公司专注于扫描电镜、原位测量系统、台阶仪、探针台、电子束光刻机等精密设备的研究，填补了国家在科学精密仪器领域的诸多空白。联合实验室将依托西安交通大学的科研实力和泽攸科技的产业资源，开展微纳尺度材料的为研究、新材料开发及其在高端装备制造中的应用研究。实验室的成立不仅有助于推动学术研究的深入，也将加速科技成果的转化，促进相关产业的发展。此次合作是双方在科技创新和产业发展方面的重要举措，预计将为我国在新材料领域的发展注入新的活力。未来联合实验室将继续加强与国内外相关领域的交流与合作，推动更多科技成果的产出和应用。

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"//pp　　strong项目名称/strong：纳米尺度下材料的奇异相变行为/pp　　strong申报单位/strong：材料科学与工程学院/pp　　strong负责人/strong：王勇/pp　　strong01 /strongstrong项目简介/strong/pp　　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。/pp　　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：/pp　　(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。/pp　　(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。/pp　　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。/pp　　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。/pp　strong　02 /strongstrong项目团队/strong/pp 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"//pp style="text-align: center "span style="text-align: center color: rgb(0, 176, 240) "图1. 课题组照片/span/pp　　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。/pp　strong　03 /strongstrong科学解读/strong/pp 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"//pp 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/pp 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"//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "图3. 原子尺度相界面操控/span/pp　　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

对于毫米尺度3D物体的操纵技术在电子转印、精密装配、微机电系统等领域具有重要的应用前景。传统的基于机械夹持的抓取方案（如镊子等）需要针对不同特征的物体进行专门的设计和定制。例如，普通的尖头镊子难以夹持球体，需要在镊子末端设计专门的环形结构，并且具有环形结构的镊子无法夹持直径小于环形的球体。此外，对于平放在基底表面上的薄片状脆性物体（如硅片等）来说，因其无特殊的可夹持特征，使用镊子等工具难以将其从基底表面夹持住。目前，对于毫米尺度的不同形状和尺寸的3D物体进行可控抓取操纵的通用性技术方案仍然面临挑战。近日，清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的田煜教授课题组提出了一种毫米尺度的喇叭状可控粘附结构及其力学调控方法。喇叭状粘附结构由面投影微立体光刻技术（nanoArch S130，摩方精密）和多步浇铸的工艺方案制备而成，对于多种曲率表面具有良好的自适应接触性能。喇叭状可控粘附结构能够通过接触界面的范德华力作用和负压作用达到~80 kPa的粘附强度，通过外力调控屈曲失稳与基底表面主动脱附，从而实现对于多种三维物体的可控抓取和操纵。该项研究成果以“Trumpet-shaped controllable adhesive structure for manipulation of millimeter-sized objects”为题发表在国际知名期刊《Smart Materials and Structures》上。该研究工作由清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的博士生李小松完成。原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/ac262f图1 喇叭状可控粘附结构制备工艺流程图。（a）由面投影微立体光刻技术直接制备得到的蘑菇状结构；（b）通过浇铸得到阴模模具；（c）阴模模具浇铸PU并脱泡；（d）将PDMS球面按压模具得到凹面结构；（e）脱模后的喇叭状结构（dp = 1 mm, h = 1 mm, dt = 1.8 mm, θ =60º）；（f）喇叭状结构的扫描电镜照片。图2 喇叭状粘附结构的粘附性能典型测试力曲线和对应的接触状态演化规律。（a）附着测试模式和（b）脱附测试模式对应的典型法向力测试曲线；（c）附着测试模式和（d）脱附测试模式对应的接触界面状态演化过程；（e）附着测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和预载荷之间的关系；（f）脱附测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和剪切距离的关系。图3 基于内聚力模型的喇叭状可控结构的有限元仿真与界面法向应力演化规律机理。（a）接触-脱附测试过程；（b）接触-卸载-剪切测试过程；（c）接触-卸载-扭转过程中喇叭状粘附结构的变形行为；（d）附着测试过程和（e）脱附测试过程中接触界面法向应力的演化规律，其中紫色的箭头表示法向应力分布的变化方向。图4 喇叭状可控粘附结构对不同大小、不同形状、不同质量、不同材质物体的操纵效果。（a）集成喇叭状粘附结构的操作器；（b）喇叭状粘附结构抓取、转移和释放物体的典型操作步骤；喇叭状粘附结构用于转移多种毫米尺度（c）平面物体和（d）曲面物体的展示；（e）喇叭状粘附结构用于操纵LED灯珠完成THU字样柔性电路装配的展示；（f）喇叭状粘附结构用于水下环境操纵曲面物体的展示。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

6月1日，由西安交大主办，金属材料强度国家重点实验室和材料学院微纳尺度材料行为研究中心承办，国际合作与交流处协办的第8届微纳尺度材料性能国际研讨会在南洋大酒店国际会议厅如期举行。开幕式上，著名材料科学家、美国工程院院士、伯克利大学加州分校Robert Ritchie教授被授予西安交大名誉教授称号。　　本次会议主席马恩教授主持开幕式，热忱欢迎远道而来的诸位外宾和与会者 材料学院副院长单智伟教授致开幕辞，并简要介绍本次会议的由来和历史。之后马恩教授邀请金属材料强度国家重点实验室主任、材料学院院长孙军教授向Robert Ritchie教授颁发名誉教授证书。Ritchie教授表示荣幸和感谢，之后以一场题为&ldquo Conflicts of strength and toughness: concepts of intrinsic vs. extrinsic toughening applied to biomaterials and advanced multi-element metallic alloys&rdquo 精彩的大会报告拉开了本次研讨会的序幕。　　Ritchie教授被授予名誉教授证书　　Ritchie教授是材料科学领域尤其是材料力学性能研究方向的的世界顶级学者，1982年至今任加利福尼亚大学伯克利分校材料科学与工程系教授，被誉为H.T. & Jessie Chua杰出工程教授 曾获美国国家工程院院士、英国皇家工程院院士、俄罗斯科学院外籍院士、瑞典皇家工程科学院外籍院士、TMS(美国矿物、金属和材料学会)终身研究员、Acta Materialia 金奖(著名材料领域学术期刊Acta Materialia设立材料科学工程领域国际终身成就奖)等众多荣誉。Ritchie教授的报告富含激情，逻辑清楚，语言简单易懂，引发了与会者们的浓厚兴趣，报告结束大家报以热烈掌声，之后是当场提问和交流。　　Ritchie教授在做大会报告　　之后研讨会精彩继续，报告人包括来自约翰霍普金斯大学、中科院金属所、伦斯勒理工学院、麻省理工学院、乔治梅森大学等的知名学者和青年教师。值得一提的是材料学院微纳中心的新晋青年老师刘博宇的口头报告也引来与会者的关注，他清晰且风趣的报告获得与会者的好评。　　本次会议包括1个大会报告(Plenary Report)，9个主旨报告(Keynote Report)，16个邀请报告(Invited Report)和7个口头报告。会议26个邀请报告人分别来自美国、日本、澳大利亚、德国、新加坡、中国等多地，除以上提及的研究机构外，还包括匹兹堡大学、昆士兰科技大学、德国亚琛工业大学、新加坡南洋理工大学、日本国家材料科学研究所、大阪大学等。国内参会人员来自约20所高校和研究所，包括北大、清华、上海交大、浙大、中科院金属所，厦门大学、哈工大、中国石油大学等。目前会议正在有序进行中。　　大会合影

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。/pp 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 "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "田鹤老师科研工作照/span/pp　　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。/pp 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 "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "研究图a/span/pp　　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。/pp 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 "//pp style="text-align: center "span style="color: rgb(0, 176, 240) "研究图b/span/pp　　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。/pp　　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。/pp 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 "//pp　　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：/pp　　strong项目名称/strong：实现性能调控的纳米尺度结构设计/pp　　strong申报单位/strong：材料科学与工程学院/pp　　strong负责人/strong：田鹤/pp　　strong项目简介/strong/pp　　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。/pp　　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。/pp　　strong项目团队/strong/pp　　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

2013西安纳米尺度材料性能国际研讨会于6月11日至14日在西安交通大学举行，会议主旨在于促进国际间关于纳米材料性能原位表征的交流和合作，许多来自世界各地的著名科学家和原位表征仪器厂商出席了会议，日立高新和天美公司作为日立电镜提供商及西安交大电镜实验室合作伙伴也参加了此次会议。 纳米尺度材料的原位表征在于将材料变化的微观动力学过程通过透射电镜呈现在研究者面前，为在原子尺度上解释材料的结构变化以及性能表现提供直接实验依据，目前已成为材料学领域的重要研究方法。 在会议中日立高新和天美公司还展出了日立环境透射电镜H-9500，H-9500作为日立高新环境透射电镜的典型代表，具有低真空下成像功能，300KV加速电压，其分辨率更高，并且可采用预抽室进气或物镜极穴进气方式，另外可匹配日立高新专为H-9500匹配的各种原位样品杆，是一款目前市场上较为实用的环境TEM，可原位进行样品表面动态过程的观察。日立H-9500环境透射电镜 会议中，来自世界各地的著名科学家分别进行了原位环境TEM的专题报告，指出了目前所遇到的机遇和挑战。作为日立高新TEM产品经理的章效峰博士做了题为&ldquo 原位环境透射电镜的前世今生与未来&rdquo 的报告，引起了与会者的广泛兴趣，章博士在报告中详细讲解了TEM的发展历程以及原位环境TEM的发展历程，旁征博引，引用大量应用举例详细叙述了环境TEM给目前科研工作所带来的机遇和挑战。章效峰博士报告 6月12日下午，应用户的邀请，章效峰博士专门为用户进行了日立环境透射电镜H-9500讲解，在讲解中章博士从用户的应用出发，详细介绍了H-9500的整体概况和优势，并对H-9500可对用户实验提供哪些帮助进行了展开讲解，用户对H-9500也表示了强烈的兴趣。章效峰博士给用户讲解H-9500 通过此次会议，与会者和用户对日立环境透射电镜H-9500有了更深一步了解，对天美公司和日立高新用户至上的服务态度也大加称赞。公司介绍：　　天美(中国)科学仪器有限公司(&ldquo 天美(中国)&rdquo )是天美(控股)有限公司(&ldquo 天美(控股)&rdquo )的全资子公司，从事表面科学、分析仪器、生命科学设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销 为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。天美(中国)在北京、上海、等全国15个城市均设立办事处，为各地的客户提供便捷优质的服务。　　天美(控股)是一家从事设计、研发、生产和分销的科学仪器综合解决方案的供应商。 继2004年于新加坡SGX主板上市后，2011年12月21日天美(控股)又在香港联交所主板上市(香港股票代码1298)，成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美(控股)积极拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司和英国Edinburgh等多家海外知名生产企业，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美(中国)官方网站：http://www.techcomp.cn

近日，中国科学院大连化学物理研究所固体核磁共振及催化化学创新特区研究组研究员侯广进团队与美国高场实验室博士甘哲宏等合作，在超高场（1.5GHz）固体核磁共振（NMR）技术应用于固体材料表面结构表征研究中取得新进展。氧化铝是重要的催化剂和催化剂载体，其表面的五配位铝被称为“Super-five”。五配位铝在金属活性中心分散，γ-Al2O3烧结相变，以及醇脱水反应中都起到关键作用。γ-Al2O3结晶度低，其表面五配位铝仅占总铝含量的3%左右，因此难以实现表面五配位铝的结构表征。目前，所有关于五配位铝的结构特征均是基于理论计算推测得到。本研究中，得益于超高场条件下显著提高的27Al NMR灵敏度和分辨率，科研团队采用高场多核、多维固体核磁共振技术，直接实验观测到五配位铝相关空间结构信息，首次揭示了γ-Al2O3表面的五配位铝以聚集态形式存在，且在水的作用下易于发生结构重构。科研人员制备了富含五配位铝的无定形氧化铝纳米片（Al2O3-NS）与γ-Al2O3进行对比研究，借助超高场27Al MAS NMR对Al2O3-NS和γ-Al2O3的铝物种分别进行定量分析。研究通过超高场的27Al-27Al DQ双量子相关实验，以及高场多核、多维固体核磁共振技术发现，γ-Al2O3表面与Al2O3-NS的不同配位铝物种的Al(n)-O-Al(n)链接方式相同，且表面羟基分布及铝与羟基的链接方式也十分相似，进而表明γ-Al2O3表面存在一层富含五配位铝的无定形结构。该研究有助于进一步剖析γ-Al2O3在金属分散、催化剂烧结等应用方面的“构-效”关系。相关研究成果以Nature of Five-coordinated Al in γ-Al2O3 Revealed by Ultra-high Field Solid-state NMR为题，发表在ACS Central Science上，并被选为内封面论文。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、辽宁省“兴辽英才计划”、大连市青年科技之星等项目的支持。

近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心研究员刘洪阳、博士研究生孟凡池等，与北京大学教授马丁、辽宁大学教授夏立新、香港科技大学教授王宁、中科院上海应用物理研究所研究员姜政、中科院山西煤炭化学研究所研究员温晓东等合作，精准调控亚纳米尺度Cu金属团簇结构，构建出亚纳米尺度下原子级分散且全暴露Cu3团簇纳米酶，其表现出优异的模拟氧化酶活性与抗菌性能。相关研究成果在线发表在《应用催化B：环境》（Applied Catalysis B: Environmental）上。 　　随着现代社会发展，越来越多的病菌随之出现，威胁人类健康，寻找新型抗菌材料刻不容缓。纳米酶是一类具有模拟酶催化活性的纳米材料，因强大多样的酶催化活性而备受关注。研究发现一些纳米酶具有模拟氧化酶、过氧化物酶等催化活性，其产生的活性氧物质可以有效地灭活细菌。目前，构建具有优异模拟酶催化活性的新型纳米酶研究存在挑战。与单原子催化剂相比，亚纳米尺度原子级分散且完全暴露的金属团簇催化剂不仅能提供相邻的金属原子作为催化位点，而且能保持充分的原子利用效率，提供了多种结构可能性和催化可行性。将这种原子级分散且完全暴露的金属团簇催化剂应用于抗菌领域，可有效提升抗菌性能，保护人类健康。 　　刘洪阳团队致力于亚纳米尺度金属催化材料的设计与应用研究。在前期研究工作基础上，科研团队在纳米金刚石-石墨烯杂化载体上构造了亚纳米尺度完全暴露Cu金属团簇，经球差电镜（图1）分析表明，原子级分散且完全暴露的Cu3团簇（Cu3/ND@G）锚定在富缺陷石墨烯表面。密度泛函理论（DFT）计算结果表明（图2），亚纳米尺度原子级分散且完全暴露的Cu3团簇作为活性中心有利于O2的吸附，从而促进催化O-O键断裂形成活性氧物质(OH)，显著提高了Cu3/ND@G纳米酶的模拟氧化酶样活性。与Cu单原子纳米酶（Cu1/ND@G）和Cu纳米颗粒纳米酶（Cu-NPs/ND@G）相比，亚纳米尺度完全暴露且原子级分散的Cu3金属团簇纳米酶表现出优异的模拟氧化酶活性（Kcat=1.474×10-1s-1）。这种完全暴露且原子级分散的Cu3金属团簇纳米酶在NaAc缓冲液（pH4.5）中具有≥99%的抗菌率（图3），其结构和优异的抗菌性能（图4）显示了在生物医学、微生物防腐等领域的潜在应用价值。 　　研究工作得到国家重点研发计划纳米专项青年科学家项目、国家自然科学基金委员会企业创新发展联合基金重点项目/碳基能源重大研究计划重点项目/国际合作中港联合基金项目/面上项目、辽宁省“兴英才计划”、沈阳材料科学国家研究中心青年人才项目与企业合作项目的资助，并获得上海同步辐射光源的支持。 图1.A、B：Cu纳米粒子（Cu-NPs/ND@G）的球差电镜表征；C、D：亚纳米尺度Cu3金属团簇（Cu3/ND@G）的球差电镜表征　　图2.Cu3/ND@G各种中间体沿模拟氧化酶反应路径的优化吸附构型与Cu3/ND@G、Cu-NPs/ND@G模拟氧化酶机理的自由能图，灰色、棕色、红色和白色的球分别代表C、Cu、O和H原子　　图3.生长抑制试验：将不同的材料和大肠杆菌菌液孵育后涂在LB琼脂平板上，用A、空白，B、ND@G，C、Cu-NPs/ND@G，D、Cu3/ND@G处理。培养条件：37℃、24小时图4.亚纳米尺度下Cu3金属团簇活性中心结构与抗菌性能示意图

半导体材料与器件的微尺度显微表征对于其性能研究具有重要的意义，仪器信息网整理了三位报告专家从扫描探针技术、透射电镜、缺陷表征等方面对于半导体研究的精彩内容。《扫描探针技术在半导体材料及器件表界面分析中的应用》视频选自2020年半导体材料与器件研究与应用网络会议(报告人：暨南大学教授 谢伟广)《半导体纳米材料原子尺度结构性能关系的透射电子显微学研究》视频选自2020年半导体材料与器件研究与应用网络会议(报告人：华中科技大学武汉光电国家研究中心副教授 李露颖)《硅基III-V族光电器件及其缺陷的表征》视频选自2020年半导体材料与器件研究与应用网络会议(报告人：中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所项目研究员 樊士钊)

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/官网：https://www.bmftec.cn/links/10

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/ 官网：http://www.bmftec.cn/smart

多孔材料(如岩石)及其与流体的相互作用广泛存在于油气资源开采、地热能提取、二氧化碳封存、甚至行星探测中的地外资源利用（水提取）等应用中，然而，大多数岩石内部孔喉形态不规则，表面物理化学特性如表面润湿性也比较复杂。因此，探索岩石内部液体的流动过程，尤其是微尺度下的流固交互作用，仍然具有挑战性。近年来，高精度3D打印技术的迅速发展使得复现这种复杂的多孔结构变得可能。借助流动可视化手段，3D打印的微流控模型可以用于直接观察流体流动的动态过程。但是，目前打印材料仅限于光固化聚合物及其衍生物，其理化特性包括其矿物化学、晶体结构、表面润湿性等与天然岩石（如碳酸岩）存在显着差异。所有这些特性都对多孔介质中的流体相变和多相流动过程有着重要影响。近日，哈利法大学的张铁军教授团队基于面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL，深圳摩方材料科技有限公司nanoArch S130）, 通过表面矿物涂层的方法制备出一种岩石微流控模型。这种新颖的制备方法包括三个主要步骤，如图1所示：（i）使用纯光敏树脂（HDDA）打印具有三维岩石孔隙结构的微模型；（ii）在微模型的内表面植入碳酸钙纳米颗粒；（iii）以植入的纳米颗粒为核，在微模型内部原位生长碳酸盐晶体。该模型可以成功复现天然岩石的三维孔隙结构和表面矿物学特性。该成果以“Empowering Microfluidics by Micro-3D Printing and Solution-based Mineral Coating”为题发表在Soft Matter上，第一作者是哈利法大学李红霞博士。图1. 岩石微模型的制备过程在该工作中，张教授的团队利用高精度3D打印技术制备了不同用途的微模型，包括微流控器件和岩石微模型。微流控器件由三个平行通道组成（请参见图2a）：每个通道的宽度分别为116±2、174±2和305±2 µm。在图2b中，岩石微模型是根据天然碳酸岩的CT扫描照片打印而成。在扫描电镜下，我们可以看到岩石微模型可以很好的复现真实岩石中狭窄的孔喉结构，并且也可清晰地观测到在微模型表面原位生长的碳酸盐晶体。此外，XRD光谱也证实该微模型表面的矿物成分是碳酸钙晶体，与天然碳酸岩相同。这种碳酸盐涂层厚度大约在2~10微米，仍然使微流控器件保持了一定的透光性，有利于流体的可视化研究。图2. 3D打印的微模型在表面涂层后的形貌 （a，b）扫描电镜下微模型的孔喉结构及表面碳酸盐晶体：（a）在微流控模型内表面以及（b）三维岩石微模型内表面。（c）表面涂层的XRD光谱。图3. 利用微流控模型的流动可视化研究：案例（a）水-油/水-气在岩石微模型内部的驱替过程；案例（b，c）水在孔喉内部的蒸发过程。基于所制备的微模型，该团队通过对水/气和水/油的驱替过程进行直接成像（如图3a）, 表征了固体表面润湿性对流体交界面和流动路径的影响等。此外，他们还观测到液体在多孔介质里面的蒸发相变过程（图3b），包括不同大小空隙内蒸发的难易程度、喉部液膜的渐薄和破裂过程等。总之，该工作为制备功能性多孔材料开辟了一条新途径。据我们所知，这是第一次结合高分辨率3D打印和基于溶液的内部涂层方法，制备“真实的”岩石微模型。这种方法也具有很强的通用性：通过更改涂层材料和三维空隙结构，此类功能性微模型也可以很好地推广到生物医学、软体机器人、航空航天和其他新兴应用。论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sm/d0sm00958j/unauth#!divAbstract（以上相关介绍内容由阿联酋哈利法大学李红霞博士提供） 上述研究工作涉及的微尺度3D打印技术由深圳摩方材料科技有限公司提供，因此摩方公司就这一创新型成果对李红霞博士进行了更进一步的访谈，以下为部分内容：1、BMF：能概括分享一下近期在《Soft Matter》发布的岩心微流控案例吗？（开发过程、应用情况、行业影响等）BMF高精密3D打印在其中发挥了什么样的作用？李博士：在近期发表的这项工作中，我们提出了一种制造功能性微流控器件的新颖方法--通过集成微型3D打印和内表面涂层技术。在这项工作中，我们利用该方法已成功制备出广泛出现在油气研究中的人造岩心。利用高精密的3D打印系统，我们可以很好的复现岩石的孔隙结构，但是打印材料多数是光敏树脂，其物理化学性（包括表面润湿性、矿物学特性等等）能跟真正自然界的岩石差很多。于是，在我们的人造岩心制备过程中，我们首先通过3D打印技术复制由微CT扫描得到的碳酸盐岩的多孔几何结构，然后通过在打印的模型内部空隙表面生长碳酸盐晶体来模拟岩心真实的表面特性。这种功能性碳酸盐涂层只有几个微米，所以很好的保持了模型的光学透明度。所以，我们能够通过流动可视化方法，利用这些透明的模型帮助我们表征油水气等流体与岩石表面的交互作用，包括润湿性、毛细作用等流动和变化过程的影响等。这种利用表面功能性涂层结合微3D打印的制备方法，有利于打破打印材料的局限性，通过调节3D微结构和涂层配方等可以轻松地推广到其他新兴应用如生物医学等。2、BMF：您如何评价我们摩方的3D打印系统？对于您所在的科研领域所取得的科研/工作成果，发挥了多大的助力？李博士：摩方的打印系统可以提供高精度打印的同时实现大幅面打印。微流控器件的整体尺寸能到两厘米，可以很好的嵌入到流动可视化的实验系统当中，实用性很强。高精密3D打印系统可以轻松实现复杂三维结构，给我们提供了很大的设计和研究的自由度。在我们的研究当中，可以加工不同的表面微结构，进而控制流体与固体界面的交互作用。官网：https://www.bmftec.cn/links/7

对于毫米尺度3D物体的操纵技术在电子转印、精密装配、微机电系统等领域具有重要的应用前景。传统的基于机械夹持的抓取方案（如镊子等）需要针对不同特征的物体进行专门的设计和定制。例如，普通的尖头镊子难以夹持球体，需要在镊子末端设计专门的环形结构，并且具有环形结构的镊子无法夹持直径小于环形的球体。此外，对于平放在基底表面上的薄片状脆性物体（如硅片等）来说，因其无特殊的可夹持特征，使用镊子等工具难以将其从基底表面夹持住。目前，对于毫米尺度的不同形状和尺寸的3D物体进行可控抓取操纵的通用性技术方案仍然面临挑战。近日，清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的田煜教授课题组提出了一种毫米尺度的喇叭状可控粘附结构及其力学调控方法。喇叭状粘附结构由面投影微立体光刻技术（nanoArch S130，摩方精密）和多步浇铸的工艺方案制备而成，对于多种曲率表面具有良好的自适应接触性能。喇叭状可控粘附结构能够通过接触界面的范德华力作用和负压作用达到~80 kPa的粘附强度，通过外力调控屈曲失稳与基底表面主动脱附，从而实现对于多种三维物体的可控抓取和操纵。该项研究成果以“Trumpet-shaped controllable adhesive structure for manipulation of millimeter-sized objects”为题发表在国际知名期刊《Smart Materials and Structures》上。该研究工作由清华大学机械工程系摩擦学国家重点实验室的博士生李小松完成。原文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-665X/ac262f图1 喇叭状可控粘附结构制备工艺流程图。（a）由面投影微立体光刻技术直接制备得到的蘑菇状结构；（b）通过浇铸得到阴模模具；（c）阴模模具浇铸PU并脱泡；（d）将PDMS球面按压模具得到凹面结构；（e）脱模后的喇叭状结构（dp = 1 mm, h = 1 mm, dt = 1.8 mm, θ =60º）；（f）喇叭状结构的扫描电镜照片。图2 喇叭状粘附结构的粘附性能典型测试力曲线和对应的接触状态演化规律。（a）附着测试模式和（b）脱附测试模式对应的典型法向力测试曲线；（c）附着测试模式和（d）脱附测试模式对应的接触界面状态演化过程；（e）附着测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和预载荷之间的关系；（f）脱附测试模式下喇叭状粘附结构的粘附力和剪切距离的关系。图3 基于内聚力模型的喇叭状可控结构的有限元仿真与界面法向应力演化规律机理。（a）接触-脱附测试过程；（b）接触-卸载-剪切测试过程；（c）接触-卸载-扭转过程中喇叭状粘附结构的变形行为；（d）附着测试过程和（e）脱附测试过程中接触界面法向应力的演化规律，其中紫色的箭头表示法向应力分布的变化方向。图4 喇叭状可控粘附结构对不同大小、不同形状、不同质量、不同材质物体的操纵效果。（a）集成喇叭状粘附结构的操作器；（b）喇叭状粘附结构抓取、转移和释放物体的典型操作步骤；喇叭状粘附结构用于转移多种毫米尺度（c）平面物体和（d）曲面物体的展示；（e）喇叭状粘附结构用于操纵LED灯珠完成THU字样柔性电路装配的展示；（f）喇叭状粘附结构用于水下环境操纵曲面物体的展示。

7月9日，由重庆摩方精密科技有限公司主办的微尺度增材制造研讨会在深圳顺利召开。此次研讨会旨在搭建一个微尺度增材制造技术及其应用进展的高端交流与分享平台，探讨微尺度增材制造技术的研发进展、应用创新并展望其未来发展方向。本次会议由南方科技大学的葛锜副教授、哈工大深圳的金东东副教授、摩方精密技术经理彭瑛博士、哈工大深圳马星教授进行主题报告演讲。报告环节，4位行业专家就各自领域经验开展了深度分享。首先进行报告的是南方科技大学的葛锜副教授，主题为《面向智能结构与器件的微尺度增材制造技术》，报告主要介绍了多功能3D打印在3D打印装备、多功能3D打印材料、以及3D/4D打印结构设计等方面的最新进展。葛锜副教授报告其次由哈工大（深圳）的金东东副教授带来《可重构软物质微型机器人的微纳制造与集群控制》的主题报告。主要介绍了近年来在“水凝胶变体微型机器人的微纳增材制造”和“磁场驱动胶体微型机器人集群的可控构建”的工作，以生物智能材料为核心设计、构建与功能化可重构微型机器人，分别从个体强化和群体协同的角度出发增强其在生物医学应用中的智能性、实用性与安全性，从而实现能够感知环境变化并自主适应的多功能微型机器人系统。金东东副教授报告第三位报告人为摩方精密技术经理彭瑛博士，报告主题《高精度大幅面PμSL3D打印技术及其最新应用进展》。摩方精密凭借其特色的PμSL 3D打印技术，开发出最高光学精度达2μm的增材制造系统，并可靠加工出各种复杂微米三维结构，在超材料、仿生、微机械、生物医疗、微流控、新能源等领域取得了系列成果。本次报告主要介绍PμSL3D打印技术在上述领域的最新应用成果，包括超构表面离子悬浮、微针给药、太阳能水蒸发器等。彭瑛博士报告最后由哈工大（深圳）马星教授进行《微尺度3D打印技术与生物医用微纳米机器》 的主题报告。主要介绍基于微尺度3D打印技术构建微纳米机器人的方法、构建材料及其性能调控方法，并分析3D打印微纳米机器人的生物医学应用研究现状，进一步展望未来3D打印技术在微纳米机器人领域的应用前景和挑战。马星教授报告随着微纳3D打印技术逐渐被更多行业熟知和应用，到场的30多位老师和学者在研讨会上进行了深入有效的沟通交流与经验分享，会议嘉宾纷纷表示：“由于疫情原因，已经很久没有参加线下会议，这种小型的交流研讨会非常有意义，比线上会议更具有互动性。”摩方精密对所有支持本次研讨会的老师和学者表示衷心的感谢，也希望微纳3D打印技术能为不同领域的应用带来更多的发展和创新。

多孔材料(如岩石)及其与流体的相互作用广泛存在于油气资源开采、地热能提取、二氧化碳封存、甚至行星探测中的地外资源利用（水提取）等应用中，然而，大多数岩石内部孔喉形态不规则，表面物理化学特性如表面润湿性也比较复杂。因此，探索岩石内部液体的流动过程，尤其是微尺度下的流固交互作用，仍然具有挑战性。近年来，高精度3D打印技术的迅速发展使得复现这种复杂的多孔结构变得可能。借助流动可视化手段，3D打印的微流控模型可以用于直接观察流体流动的动态过程。但是，目前打印材料仅限于光固化聚合物及其衍生物，其理化特性包括其矿物化学、晶体结构、表面润湿性等与天然岩石（如碳酸岩）存在显着差异。所有这些特性都对多孔介质中的流体相变和多相流动过程有着重要影响。近日，哈利法大学的张铁军教授团队基于面投影微立体光刻3D打印技术（PμSL，深圳摩方材料科技有限公司nanoArch S130）, 通过表面矿物涂层的方法制备出一种岩石微流控模型。这种新颖的制备方法包括三个主要步骤，如图1所示：（i）使用纯光敏树脂（HDDA）打印具有三维岩石孔隙结构的微模型；（ii）在微模型的内表面植入碳酸钙纳米颗粒；（iii）以植入的纳米颗粒为核，在微模型内部原位生长碳酸盐晶体。该模型可以成功复现天然岩石的三维孔隙结构和表面矿物学特性。该成果以“Empowering Microfluidics by Micro-3D Printing and Solution-based Mineral Coating”为题发表在Soft Matter上，第一作者是哈利法大学李红霞博士。图1. 岩石微模型的制备过程在该工作中，张教授的团队利用高精度3D打印技术制备了不同用途的微模型，包括微流控器件和岩石微模型。微流控器件由三个平行通道组成（请参见图2a）：每个通道的宽度分别为116±2、174±2和305±2 μm。在图2b中，岩石微模型是根据天然碳酸岩的CT扫描照片打印而成。在扫描电镜下，我们可以看到岩石微模型可以很好的复现真实岩石中狭窄的孔喉结构，并且也可清晰地观测到在微模型表面原位生长的碳酸盐晶体。此外，XRD光谱也证实该微模型表面的矿物成分是碳酸钙晶体，与天然碳酸岩相同。这种碳酸盐涂层厚度大约在2~10微米，仍然使微流控器件保持了一定的透光性，有利于流体的可视化研究。图2. 3D打印的微模型在表面涂层后的形貌 （a，b）扫描电镜下微模型的孔喉结构及表面碳酸盐晶体：（a）在微流控模型内表面以及（b）三维岩石微模型内表面。（c）表面涂层的XRD光谱。图3. 利用微流控模型的流动可视化研究：案例（a）水-油/水-气在岩石微模型内部的驱替过程；案例（b，c）水在孔喉内部的蒸发过程。 基于所制备的微模型，该团队通过对水/气和水/油的驱替过程进行直接成像（如图3a）, 表征了固体表面润湿性对流体交界面和流动路径的影响等。此外，他们还观测到液体在多孔介质里面的蒸发相变过程（图3b），包括不同大小空隙内蒸发的难易程度、喉部液膜的渐薄和破裂过程等。 总之，该工作为制备功能性多孔材料开辟了一条新途径。据我们所知，这是第一次结合高分辨率3D打印和基于溶液的内部涂层方法，制备“真实的”岩石微模型。这种方法也具有很强的通用性：通过更改涂层材料和三维空隙结构，此类功能性微模型也可以很好地推广到生物医学、软体机器人、航空航天和其他新兴应用。论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sm/d0sm00958j/unauth#!divAbstract（以上相关介绍内容由阿联酋哈利法大学李红霞博士提供） 上述研究工作涉及的微尺度3D打印技术由深圳摩方材料科技有限公司提供，因此摩方公司就这一创新型成果对李红霞博士进行了更进一步的访谈，以下为部分内容：1、BMF：能概括分享一下近期在《Soft Matter》发布的岩心微流控案例吗？（开发过程、应用情况、行业影响等）BMF高精密3D打印在其中发挥了什么样的作用？李博士：在近期发表的这项工作中，我们提出了一种制造功能性微流控器件的新颖方法--通过集成微型3D打印和内表面涂层技术。在这项工作中，我们利用该方法已成功制备出广泛出现在油气研究中的人造岩心。利用高精密的3D打印系统，我们可以很好的复现岩石的孔隙结构，但是打印材料多数是光敏树脂，其物理化学性（包括表面润湿性、矿物学特性等等）能跟真正自然界的岩石差很多。于是，在我们的人造岩心制备过程中，我们首先通过3D打印技术复制由微CT扫描得到的碳酸盐岩的多孔几何结构，然后通过在打印的模型内部空隙表面生长碳酸盐晶体来模拟岩心真实的表面特性。这种功能性碳酸盐涂层只有几个微米，所以很好的保持了模型的光学透明度。所以，我们能够通过流动可视化方法，利用这些透明的模型帮助我们表征油水气等流体与岩石表面的交互作用，包括润湿性、毛细作用等流动和变化过程的影响等。这种利用表面功能性涂层结合微3D打印的制备方法，有利于打破打印材料的局限性，通过调节3D微结构和涂层配方等可以轻松地推广到其他新兴应用如生物医学等。2、BMF：您如何评价我们摩方的3D打印系统？对于您所在的科研领域所取得的科研/工作成果，发挥了多大的助力？李博士：摩方的打印系统可以提供高精度打印的同时实现大幅面打印。微流控器件的整体尺寸能到两厘米，可以很好的嵌入到流动可视化的实验系统当中，实用性很强。高精密3D打印系统可以轻松实现复杂三维结构，给我们提供了很大的设计和研究的自由度。在我们的研究当中，可以加工不同的表面微结构，进而控制流体与固体界面的交互作用。

为了推动微尺度增材制造技术的发展和应用，第一届高精密微尺度增材制造峰会将于2021年8月18日在线上举办，本次峰会旨在搭建一个微尺度增材制造技术及其应用进展的高端交流与分享平台，探讨微尺度增材制造技术的研发进展、应用创新，并展望其未来发展方向。 一、会议名称：第一届高精密微尺度增材制造峰会二、会议时间：2021年8月18日下午1:30 – 5:30三、会议主题：高精密微尺度增材制造峰会四、会议主要方向：探讨微尺度增材制造技术的研发进展、应用创新，并展望其未来发展方向五、会议参与方式：线上直播微信扫码进入，设置“开播提醒”线上链接：https://appqd9qsvik6134.h5.xiaoeknow.com/v2/course/alive/l_61137097e4b054ed7c4ca3de?app_id=appqD9QSViK6134&alive_mode=0&pro_id=&type=2六、组织机构：主办单位：深圳摩方新材科技有限公司峰会主席：葛锜 副教授（南方科技大学） 陈小明 教授（西安交通大学） 七、峰会议程：详见附件一（如主题和时间有调整以最后通知为准）。八、联系我们：联系人：邢羽翔电话：0755-26600689邮箱：tommasxing@bmftec.cn 附件一：会议日程及报告安排峰会嘉宾介绍：主办单位介绍：摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）于2016年05月03日在深圳成立，专注于超高精密微纳3D打印领域，是全球领先的超高精密3D打印技术及颠覆性精密加工能力解决方案提供商。摩方公司基于面投影微立体光刻技术开发的3D打印系统，能够实现2~25μm的打印精度，5~50μm的打印层厚，宏观成型尺寸，±10~±50μm的样件公差控制能力，在众多领域提供了颠覆性的精密加工解决方案。作为微尺度3D打印的先行者和领导者，在三维复杂结构微加工领域，摩方团队拥有超过二十年的科研及工程实践经验。目前，已有来自全球25个国家的700多家客户采用摩方精密微纳3D打印技术。摩方公司已与全球众多知名企业展开合作，提供全球领先的精密增材制造技术方案，应用于精密连接器、医疗器械、消费电子产品、通讯等行业、组织支架、过滤膜等领域。国内外大量知名高校和科研机构也已经采用摩方的设备，应用于微纳力学、超材料、仿生学、微流控以及生物医疗等领域，并发表了一系列高水平科研成果。

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

材料的微区结构与形貌特征具有重要的研究意义，常用的分析方法有光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱和电子背散射衍射、透射电子显微镜、扫描隧道显微镜、原子力显微镜、X射线CT等。为帮助广大工作者了解前沿表征与分析检测技术，解决材料表征与分析检测难题，开展表征与检测相关工作，仪器信息网将于2023年12月18-21日举办第五届材料表征与分析检测技术网络会议，特别设置微区结构与形貌分析专场，邀请多位专家学者围绕材料微区结构与形貌分析技术研究与相关应用展开分享。部分报告预告如下（按报告时间排序）：天津大学材料学院测试中心副主任/副高 毛晶《透射电子显微镜技术在材料微区结构及形貌分析中的应用研究》点击报名听会毛晶，天津大学材料学院测试中心副主任/副高。负责透射电镜、X射线衍射仪及透射相关制样仪器（包括球差透射电镜、离子减薄仪等）的运行维护及分析测试工作，具有较丰富的测试经验。熟悉其他各种大型仪器，包括XPS 、FIB 、 SEM等仪器原理、构造及使用。2017年赴美国布鲁克海文国家实验室纳米功能所透射电镜组研修一年。掌握球差及冷冻杆、原位加热杆、电感、三维重构等各种透射电镜先进技术。通过合作的模式将其应用在各种纳米及能源材料的表征中。报告摘要：透射电子显微镜技术具有高分辨率，可以实现原子尺度材料结构及形貌观察，是材料研究必不可少的手段。本报告主要介绍透射电子显微技术在材料微区结构及形貌分析的应用研究，例如透射电镜STEM技术在电催化材料界面中的研究应用、纳米束衍射及中心暗场像在合金材料析出相观察等，并围绕具体工作对透射电子显微镜相关数据处理技术例如几何相位分析、三维成像技术等进行简单的介绍。牛津仪器科技(上海)有限公司应用科学家 杨小鹏《牛津仪器多种显微分析技术及成像系统的介绍及应用》点击报名听会杨小鹏，博士，2010年毕业于清华大学材料科学与工程系。在校期间主要研究材料相变及表征微观组织，熟悉SEM、XRD、TEM、同步辐射等技术手段。曾任职EBSD后处理功能软件开发，熟悉晶体学及EBSD技术底层的计算。2014年加入牛津仪器，主要负责EBSD技术支持及应用推广。报告摘要：本报告主要介绍牛津仪器MAG部门的多种显微分析技术及成像系统，包括NA部门的EDS和EBSD，在电镜上提供微区的元素和结构分析；全新的Unity探测器，集合了BSE图像探测器和X光探测器，适合快速、大区域、实时的样品表面形貌和成分成像；AZtecWave系统将Wave波谱仪整合到成熟的微区分析系统AZtec中，有效提高了波谱仪的操控性，适合微量、痕量元素的高精度定量分析，也能有效避免元素的重叠峰。AR部门的原子力显微镜，如Cypher、Jupiter等，能提供高通量、高分辨的原子力显微镜成像，适合多种物性的分析和研究。WiTec部门提供的高灵敏度、高分辨激光共聚焦拉曼显微镜，通过分析微区的化学键，可以提供相、结晶性、含量等丰富的信息，分辨率达到300nm，也能做浅表层的3D成像。拉曼显微镜还能和电镜整合成一体化的联用系统，适合快速多技术分析同一感兴趣区。报告还会介绍几个多技术联用的应用案例。徕卡显微系统(上海)贸易有限公司应用工程师 姚永朋《徕卡光学显微镜在不同尺度下的形貌表征》点击报名听会姚永朋，徕卡显微系统工业显微镜应用工程师，负责徕卡工业显微镜技术支持工作，在制样及显微观察等方面经验丰富。报告摘要：光学显微镜是材料表面及微观结构观察分析中的常用仪器，此次报告将分别介绍徕卡体式显微镜、金相显微镜、数码显微镜等不同类型的光学显微镜在不同尺度下的表面结构观察及分析应用。华中科技大学，武汉光电国家研究中心教授 李露颖《半导体纳米材料原子尺度结构性能研究》点击报名听会李露颖，华中科技大学武汉光电国家研究中心教授，博士生导师。2011年5月毕业于美国亚利桑那州立大学，获博士学位，主要从事半导体纳米材料原子分辨率微结构及纳米尺度电学性能的结合研究，重点关注材料的特定原子结构及相应电势、电场、电荷分布对宏观物理性质的影响，取得了一系列有影响力的研究成果，工作被Nature Physics 杂志选为研究亮点，并评价为结构-性能相关研究的典范。到目前为止累积发表SCI 收录第一作者或通讯作者论文39篇（IF≥10的21篇），包括Advanced Materials、Nano Letters、Nature Communications、Advance Science、Advanced Functional Materials、Science Bulletin、ACS Nano、Nano Energy、Chemical Engineering Journal、Small等，论文总引用4500余次，H因子为31，多次受邀在国际国内电子显微学年会上做邀请报告，目前担任湖北省电子显微镜学会理事。报告摘要：结合电子全息技术的纳米尺度定量电学性能表征功能和球差校正技术的原子分辨率微结构表征功能，实现了半导体纳米材料电荷分布的电子全息研究，半导体纳米材料界面纳米尺度电场与原子尺度微结构的结合研究，以及各种外界激励下半导体纳米材料及器件的原位结构性能相关研究。 利用电子全息技术，得到了IV族Ge/Si族量子点和核壳结构纳米线、III-V族GaAs/InAs纳米线、量子点和量子阱组合器件的电荷分布情况，以及n-ZnO/i-ZnO/p-AlGaN异质结发光二极管性能增强的微观机理；利用球差校正技术的原子尺度表征功能，获得了复合半导体ZnSe纳米带同质异构结中自发极化相关电荷裁剪效应的直接实验证据，并对InSe纳米棒中多型体界面极化场进行了原子尺度定量研究。同时通过精确测定(K,Na)NbO3铁电纳米线界面原子尺度极化场，获得其相应材料在退火后宏观压电效应线性增加的微观机制。利用原位热学表征技术，研究了KxWO3纳米片中阳离子有序结构并随温度的变化规律，CsPbBr3纳米晶中 Ruddlesden–Popper层错的调控机制及其对光致发光性能的影响机理；利用原子尺度的原位热学表征技术研究了PbSe纳米晶随尺寸变化的晶体生长和升华机制。利用原位力学表征技术获得MXene高性能压阻传感器的微观作用机理。上海交通大学分析测试中心冷冻电镜中心副主任 郭新秋《透射电镜表征磁性材料样品的前处理技术路线探索》点击报名听会郭新秋，上海交通大学分析测试中心冷冻电镜中心副主任。长期在透射电镜相关领域的测试一线工作，在场发射透射电镜、冷冻透射电镜及相关样品制备等方面积累了丰富的表征分析经验，主持或参与多项显微成像方法学研究课题，支撑相关团队在Small, Nature Physics, Nature communications, energy & environmental science等期刊上发表多篇高水平论文。报告摘要：透射电镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜对透射电子聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的大型电子光学仪器。作为一种先进的表征手段，透射电子显微技术在各种功能材料的研究中发挥了重要的作用。磁性材料指能直接或间接产生磁性的一类材料，通常含有铁、钴、镍、钕、硼、钐以及稀土金属（镧系），其磁性强弱与样品本身的含量和价态相关。随着表征技术的快速进步，磁性材料的设计与应用不断更新，相关的研究广受关注。不同组成、不同结构的磁性材料展现出不同的化学与磁学特性，在众多领域都有着广泛的应用。但是，由于透射电镜原理是基于电子与磁场的相互作用来进行成像，镜筒内部磁场强度高达2T以上，如果样品未固定好，更会发生被吸到极靴上的危险。镜筒一旦受到磁性颗粒污染则很难处理，长时间的积累对电镜是一种慢性伤害。在调研中得知，有实验室就发生过此类事件，最终不得不拆机进行维修。还有一些高校平台直接在网站上明确表明了无法进行磁性材料测试。本报告提出了一种透射电镜表征磁性材料的前处理的分类和方法，希望对广发电镜工作者和科研工作者有所帮助。弗尔德(上海)仪器设备有限公司应用经理 王波《二维及三维EBSD分析样品的高效制备方法介绍及应用》点击报名听会王波，天津大学材料学专业博士毕业，曾在摩托罗拉-实验室（亚洲）担任高级失效分析工程师及资深实验室经理。2013年起先后担任知名美国金相品牌亚太区应用主管及德国ATM品牌中国区应用经理。在先进制样尤其是EBSD样品制备方面拥有丰富的经验，并应邀在国内进行过多场金相制样技术讲座，分享最新的样品制备理论、设备耗材及应用案例，深受好评。报告摘要：EBSD分析样品的制备极具挑战性，导致科研人员常会遇到制样成本高、效率低、成功率低等问题。本讲座将着重介绍现代金相制样方法——机械磨抛法及电解抛光法高效制备EBSD分析样品的基本理论、适用范围、技术难点、实操技巧及应用案例，分享经济、高效制备EBSD样品的思路和经验。同时，使用3D分析表征和重构技术，从(亚)纳米到毫米的尺度来研究微观组织和性能的关系已经成为关注热点。讲座也将介绍基于金相连续切片重构和EBSD技术的大体积材料三维EBSD分析样品制备的最新进展和解决方案。钢研纳克检测技术股份有限公司高级工程师 李云玲《原位拉伸及电子背散射衍射在金属材料微观表征中应》点击报名听会李云玲，钢研纳克检测技术股份有限公司高级工程师，从事金属材料微观表征工作10余年，主要研究方向包括金属构件失效分析、断口分析、微观表征技术等。独立完成400余项材料失效分析案例。完成的典型项目有：某型号舰艇动力系统部件失效原因分析、高铁车轮裂纹原因分析、核电乏燃料池不锈钢壁附着物分析、国电逆流变部件失效原因分析、合成氨设备焊接裂纹分析等。大型失效分析项目的完成，为国防设备可靠性提供了技术支持，挽回了客户大量经济损失，得到企业的多次好评。相关工作成果多次在全国钢铁材料扫描电镜图像竞赛及金相比赛中获奖，在国外SCI、EI、中文核心等期刊上发表论文20余篇，参与起草修订多个团体标准，如《钢中夹杂物的自动分类和统计扫描电镜能谱法》（T/CSTM 00346-2021）、《钢中晶粒尺寸测定 高温激光共聚焦显微镜法》（T/CSTM 00799-2023）、《材料实验数据扫描电镜图片要求》（T/CSTM 00795-2022）等。报告摘要：从原位拉伸（in-situ tensile）及电子背散射衍射（EBSD）的基本理论及基本方法出发，介绍两种新技术在金属材料微观表征中的应用，阐述其技术应用过程，包括但不限于在微观表征领域的重要作用，最后从当前技术局限出发探讨未来可能的重要创新。布鲁克(北京)科技有限公司应用科学家 陈剑锋《布鲁克的平插能谱仪与微区XRF介绍》点击报名听会陈剑锋，2003年毕业于中科院长春应化所，主要研究方向是高分辨电子显微镜在高分子结晶中的应用，毕业后加入FEI，负责SEM/SDB的应用、培训以及市场等推广工作。2011年加入安捷伦公司负责SEM的市场和应用工作，2018年在赛默飞负责SEM的应用工作。2021年加入布鲁克，负责EDS,、EBSD、 Micro-XRF等产品的技术支持工作，对电子显微镜的相关应用具有多年的实操经验。报告摘要：布鲁克独有的平插能谱探头因其独特的设计，具有更大的立体角，使能谱分析在低能谱线的采集方面有很大的优势，尤其是目前比较流行的纳米结构材料的分析，而微区荧光在检测限上的优势则是目前工业，地质，环境检测等领域进行重金属元素，微量元素的强有力的工具，在相关的领域中也得到了越来越广泛的应用。本报告将主要介绍布鲁克公司的平插能谱和微区荧光产品及其应用。中国科学院上海硅酸盐研究所研究员 程国峰《X射线三维成像技术及应用》点击报名听会程国峰，理学博士，博士生导师，中国科学院上海硅酸盐研究所 X射线衍射结构表征课题组组长。中国晶体学会粉末衍射专业委员会委员、中国物理学会固体缺陷专业委员会委员、上海市物理学会X射线衍射与同步辐射专业委员会副主任兼秘书长。主要研究领域为X射线衍射与散射理论及应用、三维X射线成像术、拉曼光谱学等。曾先后主持国家自然科学基金、上海市和中国科学院项目多项，主编出版《纳米材料的X射线分析》、《二维X射线衍射》等专译著4部，发布国家标准和企业标准12项，获专利授权7项，在Nat. Mater.,J. Appl. Phys.，Mater. Lett.等SCI期刊上发表论文90余篇。参会指南1、进入第五届材料表征与分析检测技术网络会议官网（https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icmc2023/）进行报名。扫描下方二维码，进入会议官网报名2、会议召开前统一报名审核，审核通过后将以短信形式向报名手机号发送在线听会链接。3、本次会议不收取任何注册或报名费用。4、会议联系人：高老师（电话：010-51654077-8285 邮箱：gaolj@instrument.com.cn）5、赞助联系人：周老师（电话：010-51654077-8120 邮箱：zhouhh@instrument.com.cn）

日前，AddLife已经签署了收购Biolin Scientific AB的所有股份协议。Biolin Scientific AB是Ratos旗下Biolin Scientific集团的一部分，公司是北欧领先的纳米级材料分析仪器研发、生产商，产品用户遍及世界各地的高校和工业企业。该纳米级材料分析仪器业务具有完善的产品组合，已显示出长期的盈利能力和不断的增长，并在其涉及的材料科学领域处于世界领先地位。被收购后，Biolin Scientific AB将成为AddLife的Labtech业务领域的一部分。此次收购是AddLife今年3月上市以来的第四次收购。　　Biolin Scientific 在纳米尺度检测领域具有世界领先的技术，公司在近几年有强劲的国际增长和良好的盈利能力，年营业额约为1亿瑞典克朗（约7472万人民币）。目前，客户主要集中在全球相关高校及企业的研究机构。销售形式主要通过其在美国，英国和中国的子公司进行全球销售，也包含部分分销商。 Biolin Scientific AB总部设在瑞典，研究和生产在瑞典和芬兰，总部及子公司共有61名员工。　　“近来，纳米尺度的材料分析领域市场火热，发展迅速。作为世界领先的纳米级材料特性分析仪器供应商，Biolin Scientific致力于为客户在各个领域创造新的创新产品和解决方案。此次收购，我们期待AddLife AB 在全球市场得到进一步发展的机会。”AddLife AB Labtech公司业务部经理Peter Simonsbacka表示。　　收购BiolinScientific意味着AddLife在自己的高科技产品领域的扩展，同时，此次收购也意味着AddLife在北欧地区的进一步国际扩张。　　关于AddLife AB(publ)　　AddLife是生命科学领域的独立机构，为私营和公共部门提供高品质的产品，服务和建议，主要在北欧地区。 AddLife在约25个子公司拥有约460名员工，在自有品牌下运营。集团年销售额约为18亿瑞典克朗（约13.4亿人民币）。 AddLife股票在斯德哥尔摩纳斯达克上市。

液滴的自发定向输运在芯片实验室、能源电力系统、油气输运、水收集和除湿等领域具有广泛的应用前景，其主要取决于表面形貌结构和化学组成的非对称性，具体表现为浸润性梯度、各向异性结构和曲率梯度等。液滴输运的速度和距离是判定输运效率的有效指标。合理的设计并制备表面结构是实现快速、长程的液滴自发定向输运的有效方法。然而，传统的加工技术加工精度较低、加工结构单一，很难满足结构性能要求。近日，大连理工大学冯诗乐副教授，受松针表面多级非对称结构启发，使用深圳摩方材料科技有限公司PμSL 3D打印技术（nanoArch S140），制备了仿松针多级非对称结构表面，实现了快速、长程的液滴自发定向输运。该研究以“Tip-inducedflipping of droplets on Janus pillars: from local reconfiguration to globaltransport”为题发表在国际顶级期刊《ScienceAdvances》上，为液滴的定向输运领域的发展提供了新的思路。论文第一作者为大连理工大学冯诗乐副教授，通讯作者为香港城市大学王钻开教授和巴黎高等物理化工学院David Quéré教授。图1 松针和仿松针多级非对称结构表面的形貌结构特征图2 仿松针多级非对称结构表面的形貌结构参数调控要点：研究者借鉴松针表面结构特征，设计并制备包括第一级的倾斜阵列结构、第二级的高度梯度结构和第三级的平面/曲面组合的半锥形结构的仿松针多级非对称结构表面。上述表面（图1）由nanoArch S140微尺度3D打印设备加工，使用材料为HTL耐高温树脂，打印层厚为10微米。阵列间距为300微米，尖锥倾斜角度β为70°，高度梯度α为20°，尖锥顶端大小为10-20微米。在打印过程中，通过精密刮刀刮除细小的气泡，来保障加工质量。同时，研究者还设计了仅包含倾斜阵列结构和半锥形结构的对照样品，与仅包含倾斜阵列结构和高度梯度结构的对照样品。通过nanoArch S140微尺度3D打印技术，实现了包括倾斜、高度梯度及平/曲面组合的复杂三维结构表面参数的精确调控及大规模制备（图2）。图3 仿松针多级非对称结构表面微液滴自发定向输运图4 仿松针多级非对称结构尖端效应要点：在凝结过程中，液滴先随机在表面凝结，然后向尖端汇聚，然后尖端液滴会在合并过程中重新配置，并从半锥形结构的平面旋转到曲面位置，随后合并的液滴会沿着高度增加的方向运动，进而实现从微观到宏观的多尺度液滴的定向输运，其液滴定向输运的速度可以达到10 cm/s。研究者发现液滴在合并过程中重新配置是非对称结构诱导的尖端效应导致的，并通过建立能量变化模型证明，当液滴尺寸大于结构尺寸时，液滴坐落于平面的系统能量大于坐落于曲面上的系统能量，从而揭示了液滴从平面向曲面运动的机理。研究者发现毫米级的液滴在合并过程中依然会从平面运动到弧面上，证明非对称结构诱导的尖端效应普遍适用于各种尺度的液滴。论文链接: https://advances.sciencemag.org/content/6/28/eabb4540/

北京大学“电子显微镜与电子光学实验室”的“青年千人”计划研究员高鹏与日本、台湾的合作者通过基于高空间分辨率(45皮米,目前最高纪录)的定量环形明场像技术(ABF)发现，钛酸锆铅(PbZr0.2Ti0.8O3)铁电薄膜表面存在异常的原子重构。铁电薄膜的表面结构对铁电数据存储、传感、表面化学等应用都有很重要的影响。　　但是在此之前，由于缺乏有效的表征手段来研究这些绝缘复杂氧化物的表面物性，人们对铁电材料的表面原子结构知之甚少。高鹏研究员过去几年在美国、日本一直从事基于图像定量化分析、原位动力学探测等先进电子显微学技术来研究铁电材料的缺陷结构和铁电畴翻转的动力学过程。他与合作者曾系统地报道过界面对畴的成核效应【Nat. Commun. 2，591 (2011) Science 334，968 (2011)】、缺陷与畴壁的相互作用【Nat. Commun. 4，2791 (2013) Nat. Commun. 5，3801 (2014)】、畴的稳定性【Adv.Mater. 24，1106 (2012)】等。　　他们最新的研究成果是通过利用环形明场成像技术在皮米(0.001纳米)尺度上精确测量阴、阳离子之间的键长来计算表面结构的细微畸变(图一)。研究表明，在不同极化取向的铁电畴中，PbZr0.2Ti0.8O3的表面原子结构完全不一样，在表面薄层中可以存在“铁电死层”和高能的带电畴壁。这些发现为铁电薄膜、铁电陶瓷、铁电表面催化等应用提供了非常重要的信息。同时，发展起来的基于环形明场像技术定量测量绝缘氧化物表面结构的方法将极大地提高人们对这些复杂功能氧化物材料物性的认知。 　　该研究成果近期发表于《自然-通讯》上【Nat. Commun. 7，11318 (2016)】，高鹏研究员为论文的第一作者和共同通讯作者。上述研究得到了北京大学电子显微镜实验室、中组部“青年千人”计划、2011协同创新中心、自然科学基金等项目经费的资助。　　　图一 (a)环形明场像的PbZr0.2Ti0.8O3薄膜的表面结构。(b)极化向下的畴的表面结构。Pb-O键长在表面附近的变化趋势，表明表面附近存在铁电死层和180度的带电畴壁。 (c)极化向上的畴的表面结构。Pb-O键长在表面附近的演化表明不存在明显的表面重构。(d)极化平行于表面的畴的表面结构。Pb-O键长在表面附近的演化，表明表面附近存在铁电死层和90度的带电畴壁。

1月20日，由两院院士评选的2009年度中国十大科技进展揭晓，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)杜江峰教授的“量子计算研究获重大突破”荣列其中。这是该实验室自2003年获批筹建以来，连续7年有成果入选中国十大科技进展。　　自2003年以来，该实验室还有1项成果入选年度世界十大科技进展、3项成果入选国际物理学年度重大进展、5项成果入选中国高校十大科技进展、4项成果入选中国基础研究十大新闻……微尺度国家实验室俨然已成为一座越烧越旺的“创新熔炉”。　　让科学家平心静气地做学问　　向管理创新要成果要人才，是近年来许多管理者常说的一句话。微尺度国家实验室成果迭出，是不是也与此相关?　　“我们没有刻意地追求管理创新。”中科大校长、微尺度实验室常务副主任侯建国院士的一番话颇出记者的意料。　　据了解，实验室的投入并不算多，研究人员基本来自校内相关院系和每年的正常招聘。科研团队的负责人大多是中科大土生土长的博士，没有显赫的学术经历。实验室对他们每年应该争取多少科研项目和经费、发表多少科研论文、取得多少发明专利等，一概不提硬性指标，甚至连一年一度的考核都不作具体要求，只是要求进行3~5年的阶段性工作汇报。“也有一定的学术奖励，但额度并不大。很难说教授发表论文、做出成果，与奖励有什么必然关系。”　　“实验室不会把发展中遇到的各种竞争和压力简单地按照发表论文数、争取项目数的方式分解给各位教授，但是，实验室通过学科交叉在若干关键领域获得重大科学突破的目标是明确的，全体研究人员对此也是认同的。”侯建国说，“对这些热心创造的科学家们来说，‘管理’二字显然不太适合。”　　陈仙辉教授是中科大自己培养的博士，他从上世纪80年代后期开始研究高温超导，在这个领域默默耕耘了20多年。平时没有上下班之分，没有工作日和节假日之分，每当有了新的进展或想法，即使深更半夜，他也会兴奋地跑到实验室。　　2008年2月19日，日本科学家发表文章称，发现氟搀杂的镧氧铁砷化合物在26K(-247.15℃)时具有超导性。陈仙辉研究了日本人的成果后，认为他们没有证明这类材料是真正的高温超导体，于是立刻带领学生开始研究。　　3月25日，结果出来了：这种材料的临界温度超过了40K(-230.15℃)，突破了“麦克米兰极限”，证明了这类超导体是除铜氧化合物高温超导体之外的又一高温超导体家族。两个月后，他们的研究论文在国际权威学术期刊《自然》上发表，这一成果入选美国《科学》杂志和国内两院院士评选的当年度世界十大科技进展。　　“主要靠长期的工作和实验积累，否则不可能敏锐地捕捉到有效的信息，也不可能这么快就有结果。”陈仙辉说，“到目前为止，高温超导的机理还不是很清楚，需要新的理论来支撑。所以，我相信总会有惊喜在等着我。”　　“从他的学术经历里，我们可以看到，创新源于科学家的原动力，而不是各种名目繁多的管理与约束措施。”侯建国说，“只有当科学家们把外界的诱惑和干扰置之度外，能平心静气地专心于学问的时候，科学上的突破才会水到渠成。”　　“科学家需要的不是简单的管理，而是完善的服务”　　科研成果入选2009年度中国十大科技进展的杜江峰教授同样是中科大自己培养的博士，也是国内最早从事量子计算技术研究并取得一系列重要进展的科学家之一。2007年，他申请的“量子调控”重大科学研究计划项目(973)“基于核自旋量子调控的固态量子计算研究”获得通过，他成为该项目的首席科学家。　　要开展进一步的创新研究，还需要购置先进的实验设备。这对“羽翼未丰”的杜江峰来说，无疑是个难题。这时候，学校和微尺度实验室向他伸出了援助之手，通过划拨、出借等方式帮他筹集了800万元，用来购置实验设备。　　短短一年多的时间，国内第一个脉冲电子顺磁共振实验平台就建成了。紧接着，2009年6月，杜江峰和香港中文大学刘仁保教授合作，利用这一实验平台在国际上首次实现了真实固态体系的最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间，并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。该成果发表在2009年10月29日出版的《自然》上，同期评述文章指出：“他们取得的研究进展的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能，从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”　　记者了解到，近年来，中科大耗资数亿元建设了物理、化学、生命科学、工程科学、信息科学等实验教学中心，集中购置了一批急需、通用而一般课题组无力购买的大中型仪器设备，并组建了技术支撑服务队伍，使得全校师生都能在公共科研平台上实践自己的学术思想。许多先进实验设备几乎全天候运转，全校所有相关专业的院系都能用。　　“科学家更需要的不是简单的管理，而是完善的服务。管理者应把时间和精力放在为科学家创造条件、解决困难、营造氛围上，使科学家的好奇心、原动力得以持续。”侯建国深有体会地说。　　一个实验室里70多名教授形成交叉优势　　被誉为“黄金组合”的侯建国与杨金龙教授，是微尺度实验室学科交叉的典范。早在1995年，两人分别从国外回到中科大，之后不久，他们就在时任校长朱清时院士的“撮合”下走到了一起。微尺度实验室筹建后，两人的学术合作进入一个新的境界。侯建国负责实验部分的精耕细作，杨金龙负责理论方面的深度挖掘，他们带领一批年轻教师和研究生，利用低温超高真空扫描隧道显微镜，巧妙地对吸附于金属表面的钴酞菁分子进行“单分子手术”，成功实现了单分子自旋态的控制。他们的研究成果发表在2005年9月的国际权威学术期刊《科学》上，审稿人评价说：“这是新颖的单分子功能调控的一个极好的例子。”这项成果入选2005年度中国十大科技进展。　　目前，微尺度实验室实现了物理学、化学、生命科学、信息科学、材料科学五个一级学科之间的交叉，聚集了包括7名中科院院士在内的70多名教授和研究员，建成三大技术支撑平台，培育了国家自然科学基金委的5支优秀创新团队和教育部的4支优秀创新团队。在这种环境下，学科交叉是很容易实现的。　　“我们虽然对交叉合作的课题给予一定的奖励，但并不刻意要求相互之间必须解决共同的问题，而更看重提供一种思想碰撞、相互启发的氛围和机制。”侯建国说。　　微尺度实验室三楼有一个房间，布置得像一间客厅，室内弥漫着咖啡的浓浓香味，朝南的一扇门通向宽阔的阳台，廊檐和栏杆上垂挂着绿色藤蔓。这是实验室研究人员聊天、交流的场所，许多学术上的灵感和火花，就是在这里碰撞出来的。实验室各研究部还经常从世界范围内邀请顶尖学者来作学术报告和交流，而这样的讲座和报告则是全实验室成员共享的资源。　　“微尺度实验室的科研人员都很开放，没有小家子气，乐于和不同学科的人交流自己的学术思想。”杜江峰说，“在自己的一亩三分地上搞闭关自守，不会有大的出息。”　　“给年轻人提供没有天花板的创造空间”　　记者在采访时注意到，微尺度国家实验室近年来连续入选年度中国十大科技进展的团队负责人都在40岁~50岁之间，而团队骨干力量则大多是二三十岁的年轻人，其中不少是在读的博士生、硕士生。　　在国际量子信息研究领域，“潘建伟小组”的知名度不小。1970年出生的潘建伟和一批年龄比他还小的年轻人，近年来取得了一系列原创性成果，从2003年至今已5次入选中国十大科技进展，两次入选欧洲物理学会和美国物理学会评选的年度国际物理学十大进展。　　这些年里，为了掌握国际上最先进的量子纠缠技术和量子存储技术，在学校和实验室的支持下，潘建伟先后赴奥地利和德国做客座教授，并不断融合不同学科背景的年轻人加盟自己的实验室，还将国内实验室一批有潜力的学生介绍到国外一流大学读博士或从事博士后研究，在国际学术界的最前沿开阔眼界，增长兴趣，转换思维。　　如今，用奥地利维也纳大学物理学家布鲁克纳的话说，潘建伟小组在发展量子技术方面已经是“世界上处于领先地位的小组之一”。2009年7月，潘建伟带着他的“海外团队”集体“回家”，光是搬家清单就足足列了20页之多。　　实验室内已在学术界崭露头角的年轻人，面对海外学术机构的邀请没有动摇。“现在国内的科研条件也不错，而且在优秀团队会进步更快。这个团队是我最好的选择。”曾在加拿大做博士后的陈凯说。而年轻的潘建伟教授则对比他更年轻的同事们说：“你们不能永远做助手，一定要成长起来，独当一面。”　　“在实验室里，我常说‘取法乎上，仅得其中 取法乎中，仅得其下’。”侯建国说，“实验室一定要给年轻人提供没有天花板的创造空间，让他们能跳多高就跳多高。”

1月19日，由中国科学院、中国工程院557名院士投票评选的2010年度中国十大科技进展新闻揭晓，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(简称微尺度实验室)与清华大学联合小组完成的“实现16公里自由空间量子态隐形传输”荣列其中。　　这已是该实验室自2003年获批筹建以来连续数年有成果入选中国十大科技进展新闻。与此同时，该实验室筹建以来还有1项成果入选年度世界十大科技进展新闻、3项成果入选国际物理学年度重大进展、5项成果入选中国高校十大科技进展、5项成果入选中国基础研究十大新闻……　　微尺度实验室的“创新炉火”为何越烧越旺?中国科大校长、微尺度实验室常务副主任侯建国院士揭示了其中的三大奥秘。　　没有硬性考核指标创新源自科学家的原动力　　“我们没有规定硬性考核指标。”侯建国介绍说，实验室对科研团队负责人每年应该争取多少科研项目和经费、发表多少科研论文、取得多少发明专利等等，一概不提硬性指标，甚至连一年一度的考核都不作具体要求，只是要求进行3～5年的阶段性工作汇报。　　陈仙辉教授从上世纪80年代后期开始高温超导研究，在这个领域默默地一干就是20年。平时没有上下班之分，没有工作日和节假日之分，每当有了新的进展或想法，他深更半夜也会兴奋地赶到实验室。2008年3月，他带领学生发现氟搀杂的镧氧铁砷化合物的超导临界温度超过40K(-230.15℃)，突破了“麦克米兰极限”(麦克米兰曾经断定，传统超导临界温度最高只能达到39K)，证明了这类超导体是除铜氧化合物高温超导体外的又一高温超导体家族。研究论文在国际学术期刊《自然》上发表，这一成果入选美国《科学》杂志和国内两院院士评选出的当年的世界十大科技进展新闻。　　“从他长期积累的学术经历里，我们可以看到，创新源于科学家的原动力，而不是各种名目繁多的管理与约束措施。”侯建国表示，只有当科学家对于外界的诱惑和干扰置之度外，能平心静气地专心于学问的时候，科学上的突破才会水到渠成。　　因此，实验室不把发展中遇到的各种竞争和压力简单地按照发表论文数、争取项目数的方式分解给各个教授，而是牢固树立通过学科交叉在若干关键领域获得重大科学突破的目标。“我们需要的是科学家们对实验室目标的认同和价值观的认同。”侯建国说。　　没有学科间的壁垒交叉的价值在于思想碰撞　　现代科学中新的重大突破性科研成果往往产生于不同学科的交叉、融合之中。有数据表明，近百年间获得诺贝尔自然科学奖的成果中有大约一半是多学科交叉取得的。　　目前，微尺度实验室实现了物理学、化学、生命科学、信息科学、材料科学等五个一级学科之间的交叉，已聚集了包括7名中科院院士、4名“千人计划”教授、10名“长江学者”特聘教授、24名国家杰出青年基金获得者、32名中科院“百人计划”教授在内的90多名教授和研究员，建成三大技术支撑平台，培育了国家自然科学基金委的5支优秀创新团队和教育部的4支优秀创新团队。　　在单分子操纵研究中，侯建国与杨金龙教授的合作堪称“黄金组合”，前者负责实验部分的精耕细作，后者负责理论方面的深度掘进。他们带领一批年轻教师和研究生，利用低温超高真空扫描隧道显微镜，巧妙地对吸附于金属表面的钴酞菁分子进行“单分子手术”，成功实现了单分子自旋态的控制。　　研究成果发表在国际学术期刊《科学》上，审稿人评价说：“这是新颖的单分子功能调控的一个极好的例子。”这项成果被评为2005年度中国十大科技进展。　　“我们虽然对交叉合作的课题给予一定的奖励，但并不刻意要求相互之间必须解决共同问题，而更看重提供一种思想碰撞和相互启发的氛围和机制。”侯建国说。微尺度实验室三楼有一个房间，布置得像一间客厅，室内弥漫着咖啡的浓浓香味，室外阳台的廊檐和栏杆上垂挂着绿色藤蔓。这是实验室研究人员经常聊天、交流的场所，许多学术上的灵感和火花就是在这里碰撞出来的。实验室各研究部还经常从世界范围内邀请最好的学者来作学术报告和交流，而这样的讲座和报告则是全实验室人共享的资源。　　没有“天花板”限制，年轻人需要创造空间　　微尺度国家实验室近年来连续入选年度中国十大科技进展的团队负责人都在40～50岁之间，而团队骨干力量则大多是二三十岁的年轻人，其中不少是在读的博士生、硕士生。　　获得2009年度中国十大科技进展的杜江峰教授是国内最早从事量子计算技术研究并取得一系列重要进展的科学家之一。2007年，他申请量子调控“973”计划“基于核自旋量子调控的固态量子计算研究”并获得通过，成为该项目首席科学家。　　但要开展进一步的创新研究，还需要购置先进的实验设备。这对“羽毛未丰”的杜江峰来说无疑是个难题，学校和国家实验室通过划拨、出借等方式帮助他筹集了800万元，全部用来购置实验设备。　　短短一年多时间，国内第一个脉冲电子顺磁共振实验平台建成了。　　紧接着，2009年6月，他和香港中文大学教授刘仁保合作，利用这一实验平台在国际上首次实现了真实固态体系的最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间，并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。该成果发表在《自然》杂志上，同期评述文章指出：“他们取得的研究进展的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能，从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”　　为了给年轻人营造肥沃的创新土壤，近年来，中国科大耗资数亿元建设了物理、化学、生命科学、工程科学、信息科学和高性能计算等实验教学中心，集中购置了一批急需、通用而一般课题组无力购买的大中型仪器设备，并组建了专业的技术支撑服务队伍，使得全校师生都能在公共科研平台上实现自己的学术梦想。许多先进实验设备几乎全天候运转，全校所有相关专业的院系都在用。　　“在实验室里，我常说‘取法乎上，仅得其中 取法乎中，仅得其下’。”侯建国说，“实验室一定要给年轻人提供没有天花板的创造空间，让他们能跳多高就跳多高。”

日前，由两院院士投票评选的2009年度中国十大科技进展揭晓，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)(以下简称“微尺度国家实验室”)杜江峰教授研究小组的“量子计算研究获重大突破”荣列其中。这是该实验室自2003年获批筹建以来连续7年有成果入选中国十大科技进展。自2003年以来，该实验室还有1项成果入选年度世界十大科技进展、3项成果入选国际物理学年度重大进展、5项成果入选中国高校十大科技进展、4项成果入选中国基础研究十大新闻……微尺度国家实验室已经成为一座越烧越旺的“创新熔炉”。　　“对这些热心创造的科学家们来说，‘管理’二字是不太适合的”　　我们没有刻意的管理创新　　向管理创新要成果要人才，是近年来许多管理者常说的一句话。微尺度国家实验室成果迭出， 是不是也与此相关呢?　　“我们没有刻意的管理创新。”中国科大校长、微尺度国家实验室常务副主任侯建国院士的一番话颇出乎笔者的意料。据了解，微尺度国家实验室的投入并不算很多，研究人员基本上来自校内相关院系和每年的正常招聘。科研团队的负责人大多是科大土生土长的博士，没有显赫的学术经历。对他们，微尺度国家实验室没有制定严格的考核指标，只是要求进行3至5年的阶段性工作汇报。对研究人员每年应该争取多少科研项目和经费、发表多少科研论文、取得多少发明专利等等，一概不提硬性指标，甚至连一年一度的考核都不作具体要求。　　“实验室不会把发展中遇到的各种竞争和压力简单地按照发表论文数、争取项目数的方式分解给各个教授，但是，实验室面向国家需求、面向科学前沿，通过学科交叉在若干关键领域获得重大科学突破的要求是明确的，全体研究人员对实验室的使命与任务是认同的。”侯建国说，“每年实验室都会对研究工作作整体上的评估。如果说管理创新，这或许应该算是一个。”　　实验室组织了国际学术咨询顾问委员会，每年召开一次会议，国家实验室和下属的7个研究部分别向国际科学家们提交一份报告，接受他们的质询。实验室要求国际科学家们在集中讨论后给出一份评估报告，并向相关研究部提出两个最新的研究方向，介绍目前世界上哪些研究所或大学在这两个研究方向上做得最好，以便实验室同他们开展合作和交流。　　“我们有一定的学术奖励， 但奖励的额度并不大。很难说学校的教授们发表论文、做出成果，与这样的奖励有什么必然关系。”侯建国说，“有的团队可能好几年都没有高水平的成果，但实验室和学校并不给他们压力， 我们都知道他在等待突破，在坐冷板凳。对这些热心创造的科学家们来说，‘管理’二字是不太适合的。”　　只有科学家对外界的诱惑置之度外，科学上的突破才会水到渠成　　创新源自科学家的原动力　　陈仙辉教授是科大自己培养的博士，上世纪80年代后期，国际性的高温超体研究取得重大突破， 当时还在读研究生的陈仙辉选择了高温超导作为自己的研究对象。　　“到目前为止，高温超导的机理还不清楚，需要新的理论来支撑。所以，我总觉得有惊喜在等着我。”陈仙辉的话里透着一种从容与淡定。坚持不懈地追逐“惊喜” 的陈仙辉，在这个领域一干就是20年。平时没有上下班之分，没有工作日和节假日之分，每当有了新的进展或想法，或者学生们有了新的发现，深更半夜他也会兴奋地赶去实验室。　　厚积薄发。2008年2月19日，日本科学家发表文章称，发现氟搀杂的镧氧铁砷化合物在26K(-247.15℃)时具有超导性。陈仙辉研究了日本的工作后，认为他们没有证明这类材料是真正的高温超导体，于是立刻带领学生开始研究。3 月25日， 结果出来了：这种材料的临界温度超过了40K(-230.15℃)， 突破了“麦克米兰极限” (麦克米兰曾经断定， 传统超导临界温度最高只能达到39K)， 证明了这类超导体是除铜氧化合物高温超导体外的又一高温超导体家族。　　2个月后， 他们的研究论文在国际权威学术期刊《自然》上发表， 这一成果入选美国《科学》杂志和国内两院院士评选出的当年度世界十大科技进展。　　“主要靠长期的工作和实验积累，否则不可能敏锐地捕捉到有效的信息，也不可能这么快就有结果。”陈仙辉说。　　“用‘十年磨一剑’来形容陈仙辉的突破是非常恰当的。”侯建国说，“从他的经历中，我们认识到创新源于科学家的原动力，而不是各种名目繁多的管理与约束措施。只有当科学家们对外界的诱惑和干扰置之度外，而能平心静气地专心于学问的时候，科学上的突破才会水到渠成。”　　单从待遇和地理环境上说，地处合肥的中科大很难吸引优秀人才　　科学家更需要的是完善的服务　　“当然，我并非说实验室的管理者可以无所作为。科学家更需要的不是简单的管理而是完善的服务，管理者应把时间和精力放在为科学家创造条件、解决困难、营造氛围上，使科学家们的好奇心、原动力得以持续。”侯建国深有体会地说。　　获得2009年度中国十大科技进展的杜江峰教授同样是科大自己培养的博士，也是国内最早从事量子计算技术研究并取得一系列重要进展的科学家之一。2007年， 他结束了欧盟玛丽居里研究员的工作后回校，申请“量子调控” 重大科学研究计划项目(973)“基于核自旋量子调控的固态量子计算研究” 并获得通过，成为该项目的首席科学家。但是，要开展进一步的创新研究，还需要购置先进的实验设备。这对“羽翼未丰”的杜江峰来说无疑是个难题。这时候，学校和国家实验室向他伸出了援助之手，拨给他250万元经费，又借给他300万元经费，再加上他自己的科研经费，一共800万元，全部用来购置实验设备。　　短短一年多时间，国内第一个脉冲电子顺磁共振实验平台建成了。紧接着，2009年6 月，他和香港中文大学教授刘仁保合作，利用这一实验平台在国际上首次实现了真实固态体系的最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间，并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。该成果发表在2009年10月29日出版的《自然》上，同期发表的专文评述指出：“他们所使用的量子相干调控技术被证明是一种可以帮助人们理解并且有效对抗量子信息流失的一个重要资源…… 从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”　　有了好的平台，科学家就有了创新的舞台。记者了解到，近年来，中国科大耗资数亿元建设了物理、化学、生命科学、工程科学、信息科学等实验教学中心，集中购置了一批在相关领域内急需的、通用的，而一般科研课题又无力购买的大中型仪器设备，并组建了技术支撑服务队伍，使得全校师生都能在公共科研平台上实现自己的学术思想。许多先进实验设备几乎全天候运转，全校所有相关专业的院系都在用。“用坏了要比放坏了强。” 管理仪器的老师说。　　从读本科开始， 杜江峰已在科大学习生活和工作了24年。“无论是从待遇还是从地理环境上， 确实找不出来我呆在合肥这么多年的原因，我父亲到现在还对我没去大城市耿耿于怀。可我不愿意离开， 这里有种独特的精神在吸引我， 我很喜欢这个地方。” 杜江峰说。　　“只在自己的一亩三分地上搞闭关自守，不会有大的出息”　　学科交叉更重要的在于思想碰撞　　学科之间的交叉已经几乎渗透到了科学研究的每一个层面。有数据表明，近百年间获得诺贝尔自然科学奖的300多项成果中，约有一半是多学科交叉取得的。　　微尺度国家实验室很好地实现了物理学、化学、生命科学、信息科学、材料科学等5个一级学科之间的交叉。侯建国形象地说： “志趣相投的人聚到一起， 好比是‘物理组合’， 在国家实验室这个平台上产生‘化学反应’。”　　被誉为“黄金组合”的侯建国与杨金龙教授就是国家实验室学科交叉的典范。早在1995年， 两人分别从国外回到科大，之后不久他们就在时任校长的朱清时院士的“撮合” 下走到了一起。国家实验室筹建以后，两人的学术合作进入一个新的境界。侯建国负责实验部分的精耕细作，杨金龙负责理论方面的深度掘进，他们带领一批年轻教师和研究生，利用低温超高真空扫描隧道显微镜，巧妙地对吸附于金属表面的钴酞菁分子进行“单分子手术”，成功实现了单分子自旋态的控制。研究成果发表在2005年9月的国际权威学术期刊《科学》上，审稿人评价说：“这项实验工作开辟了一个新的领域”，“是新颖的单分子功能调控的一个极好的例子”。这项成果被评为2005年度中国十大科技进展。目前，微尺度国家实验室已聚集了包括7名中科院院士在内的70多名教授和研究员，建成三大技术支撑平台，培育了国家自然科学基金委的5支优秀创新团队和教育部的4支优秀创新团队。在这种“土壤” 环境下，学科交叉是容易实现的。　　不同学科解决问题的手段和方式方法也不同，国家实验室在学科交叉方面，虽然对交叉合作的课题给予一定的奖励，但并不刻意要求相互之间必须解决共同问题，而更看重提供一种思想碰撞和相互启发的氛围和机制。　　“学科交叉更重要的价值在于思想碰撞。”侯建国说。微尺度国家实验室三楼有一个房间，布置得像一间客厅，室内弥漫着咖啡的浓浓香味，朝南的一扇门通向宽阔的阳台，廊檐和栏杆上垂挂着绿色藤蔓。这是实验室研究人员经常聊天、交流的场所，许多学术上的灵感和火花，就是在这种随意宽松的聊天中产生的。　　实验室各研究部还会经常从世界范围内邀请各自领域最好的学者来作学术报告和交流，而这样的讲座和报告则是全实验室人共同享受的资源。　　“国家实验室的科研人员都很开放，没有小家子气，乐于和不同学科的人交流自己的学术思想。”杜江峰说，“这样不但能对各自的研究情况有所了解，而且很容易相互启发。在自己的一亩三分地上搞闭关自守，不会有大的出息。”　　“你们不能永远作为助手，一定要成长起来， 独当一面”， 这是实验室的“军规”　　给年轻人提供没有“天花板”的创造空间　　笔者在采访时注意到，微尺度国家实验室近年来连续入选年度中国十大科技进展的团队负责人都在40至50岁之间，而团队骨干力量则大多是二三十岁的年轻人， 其中不少是在读的博士生、硕士生。几乎所有的团队领导者在谈到自己的学生或助手时，都充满了快乐与自豪。在国际量子信息领域，“潘建伟小组”是个知名度不小的名称。　　1970年出生的潘建伟和一批年龄比他还小的年轻人，在近年来取得了一系列的原创性成果：在世界上首次实现五光子纠缠和终端开放的量子隐形传态......他们的研究成果从2003年至今已5次入选中国十大科技进展，两次入选欧洲物理学会和美国物理学会评选的年度国际物理学十大进展。　　在领导量子物理和量子信息实验室的这些年里，为了掌握国际上最先进的量子纠缠技术和量子存储技术，在中国科大和国家实验室的支持下，潘建伟先后赴奥地利和德国海德堡大学做客座教授，并不断融合不同学科背景的年轻人———如做冷原子物理的北大博士陈帅、理论物理的加拿大博士后陈凯、统计物理的荷兰博士后邓友金加盟自己的实验室。同时，他还将国内实验室一批有潜力的学生苑震生、赵博等介绍到国外一流大学读博士或从事博士后研究，在国际学术界的最前沿开阔眼界，增长兴趣，转换思维。　　如今，潘建伟小组在发展量子技术方面， 已经是“世界上处于领先地位的小组之一” (奥地利维也纳大学物理学家布鲁克纳语)。　　2009年7月，潘建伟带着他“海外团队” 集体“回家”，光是搬家的清单就足足列了20页之多。已在学术界崭露头角的年轻人面对海外学术机构的邀请没有动摇。“现在国内的科研条件也不错， 而且在优秀团队会进步更快。这个团队是我最好的选择。” 陈凯说。　　而年轻的潘建伟教授则对他的更年轻的同事们说： “你们不能永远作为助手， 一定要成长起来， 独当一面。”　　“在实验室里，我常说‘取法乎上， 仅得其中 取法乎中， 仅得其下。’” 侯建国说，“实验室一定要给年轻人提供没有天花板的创造空间，让他们能跳多高就跳多高， 让他们保持学术上的热情和野心。”

近日，东南大学孙立涛教授团队与美国劳伦斯伯克利国家实验室郑海梅教授团队和华东理工大学方海平教授团队合作，结合实验和分子模拟，首次从原子尺度揭示了刻蚀过程中完整的固-液-气三相反应的机制。2022年5月26日，相关研究以“Solid–liquid–gas reaction accelerated by gas molecule tunnelling-like effect”为题发表在Nature Materials上。研究团队也以此文献礼东南大学120周年华诞。该工作的通讯作者是东南大学的孙立涛教授，美国劳伦斯伯克利国家实验室郑海梅教授以及华东理工大学的方海平教授。王文博士（现工作单位为郑州大学）、徐涛副研究员、陈济舸副研究员为共同第一作者。研究团队基于原位电子显微学系统实时观察了纳米气泡可加速（~20倍）湿法刻蚀的全过程，首次从原子尺度揭示了刻蚀过程中完整的固-液-气三相反应机制，为发展高效、高精度制造工艺与方法提供了新的实现手段和制造原理。湿法刻蚀广泛应用于半导体制造等重要领域，但湿法刻蚀方向选择性有限，很难得到尺寸精确可控的微纳结构。微纳尺度的固-液-气反应是集成电路制造中的基本物理化学过程，还涉及晶体管加工中的清洗、抛光等关键工艺。当前7nm、5nm等先进晶体管器件对于内部金属、半导体和介电层等结构的几何尺寸具有亚纳米级的严苛精度要求。受限于表征手段，上述工艺研发仅能依靠离线检测手段表征。该研究结果对建立工艺参数-结构尺寸模型，加速工艺研发具有基础性支撑作用。该项研究中涉及的固-液-气三相反应在自然界和工业界广泛存在，除湿法刻蚀外，还有如大气腐蚀、生物有氧呼吸、光催化、燃料电池等。由于在纳米尺度追踪单个颗粒以及三相界面的演变非常困难，所以一直缺乏对反应动力学的定量分析和对三相界面处气体传输机制的准确理解。孙立涛教授团队利用电子束辐解水产生氧气气泡，构建并实时观察了溴化氢水溶液中氧气气泡刻蚀金纳米棒的固-液-气三相反应（如图1所示）。图1：液体池内建立的固-液-气反应示意图。观察发现，当金纳米棒周围没有纳米气泡时，该纳米棒逐渐被氧化刻蚀演变成表面光滑的椭球形并最终消失；但当金纳米棒周围存在纳米气泡时，靠近纳米气泡的位置的纳米棒会被加速刻蚀，并演变成局部凹陷的结构。值得指出的是，当发生局部凹陷时，纳米棒和纳米气泡并非是直接接触的，二者之间存在超薄液膜（如图2所示）。大量实验结果定量分析可知，仅当纳米气泡与固体之间的距离小于临界尺寸（~1 nm）时，刻蚀速率才显著提升（一个量级以上）；否则，刻蚀速率几乎不变。纳米气泡参与刻蚀反应存在临界距离的这一发现，颠覆了一般认为“气泡越靠近固体反应物反应越快”的传统认知。图2：存在氧气纳米气泡时金纳米棒的刻蚀过程。图3：纳米棒顶部有氧气纳米气泡时的刻蚀过程。华东理工大学方海平教授团队和中国科学院上海高等研究院陈济舸副研究员等，利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学模拟指出，纳米气泡的存在并未影响溴离子在金纳米棒的表面的吸附位置，而纳米气泡中释放的氧气分子在金纳米棒表面吸附是加速反应的关键。当纳米气泡与金纳米棒表面之间液层的厚度大于~1 nm时，纳米气泡所释放的氧气分子通过浓度梯度主导的扩散穿过液层到达金纳米棒表面，此过程速度较慢。但当纳米气泡与金纳米棒表面之间液层的厚度减小到~1 nm以内时，氧气分子的输运过程具有“类遂穿”效应，氧气分子以极高速度穿过液层吸附到金纳米棒表面，从而极大地加速了刻蚀反应。该研究首次从原子尺度揭示了完整的固-液-气反应路径：（1）当液层厚度大于临界值时，氧气分子在液层中经历浓度梯度主导的扩散；（2）当液层厚度小于临界值时，氧气分子在范德华力作用下迅速吸附在固体表面上；（3）氧气分子在固体表面参与化学反应（如图4所示）。该成果使得湿法刻蚀技术在刻蚀方向、尺寸的可控性大幅提升成为可能，也极有可能发展为未来微纳加工领域的新技术。此外，研究人员提出了几种适用于不同场景提升三相反应的方法，对未来调控涉及固-液-气三相的微纳加工、多相催化等过程具有重要意义。图4：金纳米棒的固-液-气刻蚀机理。为了验证该机制的普适性，孙立涛教授团队还在溴化氢水溶液中研究了氧气气泡对钯纳米立方块的刻蚀，并得到了一致的结论。该工作得到了国家杰出青年基金项目、国家重大科研仪器设备研制专项项目、国家自然科学基金国际合作项目、国家自然科学基金面上项目、上海市自然科学基金等项目的支持。相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41563-022-01261-x

微芯片电化学检测系统（microchip-based electrochemical detection system, μEDS），是一种基于电化学方法与微流控技术的检测平台，其具有高灵敏度、极少试剂消耗、快速检测、可适性高、自动化等优点，常用于现场实时应用场景，比如床边检测等。此类芯片中核心组件是微电极，其检测性能尤为关键。传统的微电极主要是二维或平面式的结构，如环状、带状、平板式。另一方面，具有三维结构的微电极因其更大的反应面积和优异的检测灵敏度已获得越来越多研究学者的关注。微尺度3D打印技术的出现，使得三维微柱阵列电极的实现变得更加便捷、快速、高效。PμSL（Projection Micro Stereolithography，面投影微立体光刻）是一种面投影微尺度超高精度光固化增材制造技术，使用高精度紫外光刻投影系统，将需要打印的三维模型分层投影至树脂液面，分层光固化成型并逐层累加，最终从数字模型直接加工得到立体样件。该技术具有打印精度高、跨尺度加工、成型效率高、制造成本低等突出优势，被认为是目前最具有前景的三维微细结构加工技术之一。图1：PμSL技术原理示意图通过结合软光刻以及金属沉积技术，PμSL微尺度 3D打印技术近期在电化学检测领域取得系列成果。其中的微电极的制备过程大致为：通过PμSL微尺度3D打印技术打印得到三维微柱阵列模具，然后通过PDMS二次翻模得到PDMS材质的三维微柱阵列，最后再经过磁控溅射等金属沉积方式将金属比如金沉积在三维微柱结构的表面作为导电层以形成最终的微柱电极。此外，还可选择性地在电极表面修饰Pt-Pd/多层碳纳米管等其他改性物质以提高电化学检测性能。研究一：基于微柱阵列电极的生物标记物高灵敏度检测研究摘要：微柱阵列电极因其高质量运输、低检测极限以及微型化的特点被广泛用于电化学检测领域。该研究工作阐述了表面镀金的PDMS基微柱阵列电极的制备、数值仿真、表面改性以及表征。9×10的微柱阵列排布在0.09cm2的区域内，其中微柱的高度分别为100 μm，300 μm 和500 μm。微柱阵列电极是使用PμSL微尺度3D打印技术与软光刻相结合的方法制备而得，通过SEM和循环伏安法进行表征测试。实验结果显示，无论扫描速率的高低，高度值更大的微柱有利于提高电流密度。Pt-Pd/多层碳纳米管材料涂覆可进一步提高微柱阵列电极的电化学检测性能。相较于平板式电极，微柱阵列电极的电化学检测灵敏度是前者的1.5倍。高度500 μm的Pt-Pd/多层碳纳米管改性的微柱阵列电极可用于检测肌氨酸（一种前列腺癌的生物标记物），其线性范围和检测极限分别是5-60 μM 和1.28 μM。这个检测范围覆盖了肌氨酸在人体组织的浓度区间（0-60 μM）。因其更高的微柱高度和更大的比表面积，微柱阵列电极比平板式电极获得了更好的检测性能。该研究工作为高检测灵敏度的微柱阵列电极在低丰度分析物的检测应用提供了有效的指导。图2：微柱阵列电极的制备过程示意图及改性电极和电化学检测中典型的三电极式简易传感装置论文信息：DOI: 10.1039/d0ra07694e.研究二：动态微流体中微柱阵列电极的电化学检测研究摘要：高集成度、高灵敏度、快速分析、极小的试剂消耗等优点促使μEDS备受学术界的关注。微小化的工作电极是μEDS的核心部件，其性能决定了整个μEDS的检测表现。相比于传统的微电极形貌，如带状、环状、圆片状，三维微柱阵列电极因其更大的反应面积，具有更高的响应电流和更低的检测极限。在该研究工作中，采用数值仿真研究了μEDS的检测性能以及三维微柱的形貌和流体的动力学参数，包括微柱的形状、高度以及排列方式和反应溶剂的流速。μEDS的尾端效应在基于预设的电流密度参数下也进行了定量分析。此外，通过结合PμSL微尺度3D打印技术与软刻蚀的方法制备的PDMS基三维微柱阵列电极与微通道集成，用于研究电化学检测。循环伏安法和计时电流法测试的结果表明，实验数据与模拟数据吻合较好。此研究为μEDS的参数设计提供了指导性建议，所使用的方案亦可适用或借鉴于分析和优化基于纳米芯片的电化学检测系统（nanochip-based electrochemical detection system, nEDS）。图3：μEDS和微柱阵列的示意图以及微柱阵列的形貌参数论文信息：DOI:10.3390/mi11090858.上述研究中微柱电极结构模具均采用PμSL微尺度3D打印技术加工，所采用的加工设备均为摩方精密（BMF, Boston Micro Fabrication）公司10 μm光学精度设备P140，其最大打印尺寸为19.2mm (L)×10.8mm (W)×45mm (H)，打印层厚为 10~40 μm。图4：BMF公司10微米系列精度设备P140/S140