气液界面行为

研究背景日化中的很多现象都跟表界面的作用有关系，比如化妆品中的乳化、分散、增溶、发泡和清洁等等。KRÜ SS作为表面科学仪器的全球领导品牌，此次从以下几个方面为大家介绍日用化学品中的表面科学表征方法：典型应用1.清洁类产品的泡沫行为分析在日常使用洗面奶，洗发水时，我们通过揉搓等各种方式将洗面奶和空气充分接触而产生泡沫。在揉搓出丰富泡沫的过程中，很容易产生幸福感和仪式感，一整天的油腻都被洗掉了。KRÜ SS DFA100动态泡沫分析可以对泡沫的起泡性，泡沫稳定性和泡沫结构进行科学的表征。选择了市售的几个洗面奶进行了测试，通过DFA100的搅拌模块，可以非常清晰的筛选出起泡性较好和泡沫丰富的产品。如上图所示，横坐标是时间，纵坐标是泡沫高度，从图上可以清晰地看到有的产品起泡性速度很快，且短时间内起泡高度就可以达到最大。一般来讲，样品起泡性越强，产生的泡沫越多，其泡沫高度也越高；反之，起泡性差的样品，其泡沫高度也相对较低。从泡沫高度上的衰减也能分析泡沫稳定性，泡沫高度降低越快，泡沫越不稳定。由于此次样品测试时间较短，泡沫比较稳定，没有观察到泡沫高度的衰减，故而不做泡沫稳定性的对比。挑了其中2个样品，对比泡沫的结构和尺寸大小，从而分析泡沫的细腻程度。从图中可以看到，2号样品刚开始产生泡沫后，就比较细腻，泡沫尺寸比较小。随着时间的变化，泡沫大小一直比较稳定，不发生特别大的增加。而1号样品产生了较大的泡沫，随时间延长， 泡泡大小急剧增加。2.通过接触角表征彩妆类产品的防水抗汗性能消费者使用底妆的痛点主要有卡粉、脱妆和浮粉，而通过水，人工汗液和人工皮脂在彩妆上的接触角，可以评估抗汗和抗皮脂性能。接触角是气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线，此切线在液体一方的与固-液交界线之间的夹角θ。通过接触角的大小，可以判断固体和液体的润湿性能。如果粉底液和汗液，皮脂，水等的接触角越大，说明产品的防水抗汗性能越好。 选择市售的几款口红，通过接触角评价产品的防水，抗汗性能。将口红涂抹在手臂内侧，干燥后测试接触角。通过接触角可以明显区别不同产品的防水，抗汗，抗皮脂的差异，1号样品性能更加优越，防水抗汗都优于其他产品。彩妆中除了口红，也可以通过接触角分析底妆产品中原料和基底的润湿性。大多数化妆品都含有粉末和颜料，以着色、保护皮肤或协助清洁。以表面活性剂形式存在的分散剂确保粉末的精细分布和混合物的稳定。粉末和液体的接触角可以帮助判断润湿和分散行为。3.护肤品的乳化行为分析：常见的护肤类化妆品是水包油或者油包水的乳液或者膏霜。水油原本不相容，通过添加表面活性剂，可以吸附于液液界面，降低体系的热力学不稳定性。表面张力仪可以精准的分析油水两相的界面张力，判断乳化效果；表面张力仪还可以测试表面活性剂的临界胶束浓度，判断表面活性剂的添加量。分析表面活性剂的动态表面张力行为，监控喷雾雾化效果等；除此之外，KRUSS的各类产品还可以分析头发的接触角。正常头发具有疏水性，受损后头发油脂层被破坏或部分缺损，接触角变小其亲水性越强。该方法广泛用于头发受损及修复后的情况。 KRÜ SS的表界面分析仪器可以帮助您从原料到成品，从生产到研发，多维度解决您的难题！

气液界面在自然中无处不在。无论是江河湖海还是云雾的表面，均为气液界面，因此气液界面的表面积极其庞大。分子在气液界面跳跃、旋转、碰撞、融合，创造着化学奇迹。如此庞大的表面积上发生的化学反应，通常又有着速率极快的特征，因此，气液界面化学反应的研究对理解天气和气候的生成和变化，以及污染的生成等环境和健康领域都有着重大的意义。然而，严格定义的气液界面极薄，通常为水面上的一层或者几层分子。因此要对这薄得几乎不可察觉的界面进行分析，并跟踪其中的化学反应，面临着极大的技术挑战。 为此，南开大学化学学院张新星研究员通过在质谱电离进样过程的物理原理上的创新，层层递进地开发了三代“场致液滴电离-质谱（FIDI-MS）”技术，该技术可以以极高的选择性采样气液界面物种，而不受到溶液内部物种的干扰。利用该技术，张新星在气液界面上的关键有机和无机物种的化学反应分析中取得了系列重要发现，将目前气液界面的化学反应研究推向纵深。因其在气液界面质谱方法学开发极其应用等方面的杰出成果，张新星研究员获得了由中国物理学会质谱分会设立并颁发的“质谱青年奖”（该奖项的设立是为了推动我国质谱事业的发展，提升其国际地位和影响力，针对青年质谱工作者设立的最高学术奖励，每两年评选一次，以此鼓励和表彰四十周岁以下青年学者在质谱领域取得重大创新性研究成果，每次评选不超过两人）。当前气液界面研究的最新进展有哪些？气液界面的化学反应研究面临哪些难题与挑战？未来气液界面质谱学研究的应用前景有哪些？带着这些问题，仪器信息网特别采访了南开大学化学学院张新星研究员，与他进行了深入的交流。南开大学化学学院 张新星研究员气液界面化学反应研究为何重要？张新星介绍到，气液界面在自然界中无处不在，同时气液界面上发生着丰富多样的化学反应和相互作用，这些反应对于理解大气化学、环境污染和生物体内的生化过程至关重要。通过研究气液界面化学反应的机理和动力学，可以揭示关键反应路径、开发环境友好型化学过程等，对推动大气化学、生物化学发展以及解决环境和能源等关键问题具有重要意义。创新质谱装置攻关实战，破解气液界面选择性采样难题怎样的背景下将质谱技术与气液界面化学反应研究结合在了一起？张新星坦言，在技术上，有选择性地研究气液界面非常困难，这是由于气液界面层极薄，很难在不受到体相物种干扰的前提下，高选择性地采样界面层。国际上能够研究气液界面的技术非常有限，常见的方法有非线性光学技术、常压光电子能谱技术、全内反射荧光法等。而质谱作为化学测量学中最常见的分析技术之一，在分析物质成分和分子结构、跟踪反应机理等方面有着天然的优势。然而常见的质谱电离进样技术使待测溶液发生库仑爆炸，溶液中的物种无差别进样，无法对气液界面进行选择性进样。针对以上技术难题，张新星团队通过对质谱电离过程进行创新，发展了系列具有极高气液界面选择性的“场致液滴电离-质谱装置（FIDI-MS）”，装置操控液滴实现从液滴的气液界面上撕扯出待测物的行为，实现了很高的气液界面选择性。不过，新装置的开发也并不是一帆风顺的，张新星团队不断摸索创新，从敞开式气液界面质谱分析→进样气体氛围精确可控的封闭式气液界面质谱分析→悬浮式气液界面质谱分析，通过技术的层层递进，实现了气液界面精准分析的逐步提高。张新星团队开发的系列递进式FIDI-MS装置气液界面研究发力 揭示雾霾隐藏成因在气液界面质谱分析方法研发的基础上，张新星团队还开展了一系列气液界面化学反应的精准分析研究，取得了多项重要成果。谈到至今仍然时有爆发的雾霾天，张新星介绍其团队还曾研究雾霾中二氧化硫氧化成硫酸根的形成途径。近年来，我国秋冬季雾霾天气呈现常态化趋势，造成严重的空气污染，对人类身心健康均造成极大威胁。“中国华北地区雾霾成分的很大特点之一在于其含有质量分数极大的硫酸根。尽管已有大量关于硫酸根形成原因的研究，但在雾霾中观测到的硫酸根浓度和实际观测到的硫酸根含量间仍存在巨大差距，这表明雾霾中仍存在有未知的二氧化硫氧化成硫酸根的途径。基于此，我们团队利用自搭建的新型质谱技术手套箱FIDI-MS ，精确控制环境的气体氛围，发现二氧化硫在气液界面处可以吸收UVA光子，以自旋禁阻的方式跃迁到其三线态，然后与氧气和水反应，并快速形成硫酸根。这一交叉了分析化学、量子化学和大气化学的综合发现填补了对二氧化硫激发态氧化化学反应认知的空白，说明了在气液界面处太阳光引起的二氧化硫的光化学氧化可能是雾霾中硫酸根的重要来源。”张新星补充道。此外，张新星团队近期的成果中值得一提的还有其利用FIDI-MS技术发现了违反常识的实验现象。大气中含量第二高的碳氢化合物——异戊二烯，作为挥发性极强、极性极小的有机化合物，被发现不但可以吸附在气液界面上，还能以极高的速率被氧化成上百种产物，这一成果开辟了气液界面上异戊二烯氧化化学分析的新赛道。张新星研究员及其团队在实验室在采访的最后，张新星也坦言道，“国际上关于气液界面相关的研究正不断取得新的进展，而国内相关的研究起步相对较晚。不过，在过去的两年中，我们已经看到一些团队陆续开始从事气液界面的研究工作，这个领域在国内逐渐兴起，众人拾柴火焰高，这是值得我们从事气液界面研究的工作者感到高兴的事情。”在谈到下一步的研究计划时，张新星表示，团队目前主要聚焦在气液界面相关的化学反应研究工作，而自然界中有着多种形式的界面，包括气固界面、液固界面、液液界面等。团队未来将致力于通过改进和创新现有技术，提高界面质谱的选择性，探索多种形式的界面化学反应研究，从而更好地揭示界面化学反应的细节和动态过程。合影采访编辑：万鑫

表界面化学是能源、环境和生命等前沿科学领域的核心。在分子水平上表征表界面化学，对阐明上述领域关键科学问题的化学本质具有重要意义。然而，表界面层极薄、其物种复杂性及高度动态性，对化学测量学提出了挑战。飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)是迅速发展的先进表界面分析技术。而作为基于高真空环境的分析技术，SIMS难以直接分析涉及到液体的表界面。　　近年来，中国科学院化学研究所活体分析化学实验室研究员汪福意课题组，针对动态表界面分析问题以及诸多重要表界面过程处于“黑箱”状态的研究现状，基于高化学稳定、高真空兼容的微流控装置，将一系列液体表面以及固液界面引入超高真空的SIMS分析系统中，发展了多场景适用的具有高界面敏感(ppm)、高时间分辨(μs)、超薄信息深度(nm)和“软”电离等特性的原位液相ToF-SIMS新技术，以直接分子证据可视化追踪液体表面/固液界面的微观弱相互作用，并原位实时监测界面电化学双电层结构、反应中间体、鉴定电催化活性位点等。迄今为止，原位液相ToF-SIMS是唯一已知可原位探测固液界面的质谱分析技术，为揭示电化学、能源、环境、生命等领域重要表界面微观结构的时空演化机理及界面构效关系提供了高效、独特的研究平台。　　汪福意课题组与中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士/胡承志研究员团队合作，将原位液相SIMS技术拓展至纳米孔道膜分离过程中的固液界面分析，原位捕获了离子水簇在纳滤膜孔道传输过程的水合形态变化，提供了基于水簇结构转化与其膜孔传输适配的纳滤膜分离技术原理，为高性能纳滤膜材料开发与膜分离系统优化提供了实验依据。相关成果发表在《科学进展》(Science Advances 2023, 9, eadf8412)和《美国化学学会纳米杂志》(ACS Nano 2023, 17, 12629)上。　　汪福意课题组与南昌大学教授陈义旺/胡笑添团队合作，发展了原位液相SIMS技术，研究了钙钛矿太阳能电池领域饱受困扰的前驱体溶液老化问题，以直接分子证据揭示了三阳离子混合卤化物钙钛矿前驱体溶液在长期存储过程中的老化反应机制。进而，该团队针对前驱体离子老化机制提出了Lewis酸/碱添加剂减缓钙钛矿溶液老化的策略，并阐释了添加剂化学结构与添加剂抑制老化效果之间的构效关系。研究表明，原位液相ToF-SIMS新技术可作为“分子眼”促进对钙钛矿溶液化学的认知，推动了钙钛矿器件产业化策略的设计和开发。相关成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215799)上。进一步，该团队以低维钙钛矿前驱体溶液中的胶体粒子作为研究对象，应用原位液相ToF-SIMS可视化间隔阳离子参与的胶体组装行为，揭示了氢键作用与量子阱结构优化的新机制，为实现高效低维钙钛矿太阳电池印刷提供了实验依据。相关成果发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303177)上。　　研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。　　液相ToF-SIMS原位剖析钙钛矿溶液老化化学及抑制老化作用机制

表界面化学是能源、环境和生命等前沿科学领域的核心。在分子水平上表征表界面化学，对阐明上述领域关键科学问题的化学本质具有重要意义。然而，表界面层极薄、其物种复杂性及高度动态性，对化学测量学提出了挑战。飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）是迅速发展的先进表界面分析技术。而作为基于高真空环境的分析技术，SIMS难以直接分析涉及到液体的表界面。近年来，中国科学院化学研究所活体分析化学实验室研究员汪福意课题组，针对动态表界面分析问题以及诸多重要表界面过程处于“黑箱”状态的研究现状，基于高化学稳定、高真空兼容的微流控装置，将一系列液体表面以及固液界面引入超高真空的SIMS分析系统中，发展了多场景适用的具有高界面敏感（ppm）、高时间分辨（μs）、超薄信息深度（nm）和“软”电离等特性的原位液相ToF-SIMS新技术，以直接分子证据可视化追踪液体表面/固液界面的微观弱相互作用，并原位实时监测界面电化学双电层结构、反应中间体、鉴定电催化活性位点等。迄今为止，原位液相ToF-SIMS是唯一已知可原位探测固液界面的质谱分析技术，为揭示电化学、能源、环境、生命等领域重要表界面微观结构的时空演化机理及界面构效关系提供了高效、独特的研究平台。汪福意课题组与中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士/胡承志研究员团队合作，将原位液相SIMS技术拓展至纳米孔道膜分离过程中的固液界面分析，原位捕获了离子水簇在纳滤膜孔道传输过程的水合形态变化，提供了基于水簇结构转化与其膜孔传输适配的纳滤膜分离技术原理，为高性能纳滤膜材料开发与膜分离系统优化提供了实验依据。相关成果发表在《科学进展》（Science Advances 2023, 9, eadf8412）和《美国化学学会纳米杂志》（ACS Nano 2023, 17, 12629）上。汪福意课题组与南昌大学教授陈义旺/胡笑添团队合作，发展了原位液相SIMS技术，研究了钙钛矿太阳能电池领域饱受困扰的前驱体溶液老化问题，以直接分子证据揭示了三阳离子混合卤化物钙钛矿前驱体溶液在长期存储过程中的老化反应机制。进而，该团队针对前驱体离子老化机制提出了Lewis酸/碱添加剂减缓钙钛矿溶液老化的策略，并阐释了添加剂化学结构与添加剂抑制老化效果之间的构效关系。研究表明，原位液相ToF-SIMS新技术可作为“分子眼”促进对钙钛矿溶液化学的认知，推动了钙钛矿器件产业化策略的设计和开发。相关成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202215799）上。进一步，该团队以低维钙钛矿前驱体溶液中的胶体粒子作为研究对象，应用原位液相ToF-SIMS可视化间隔阳离子参与的胶体组装行为，揭示了氢键作用与量子阱结构优化的新机制，为实现高效低维钙钛矿太阳电池印刷提供了实验依据。相关成果发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 62, e202303177）上。研究工作得到国家自然科学基金委员会、科学技术部和中国科学院的支持。液相ToF-SIMS原位剖析钙钛矿溶液老化化学及抑制老化作用机制

一、液-固界面接触角的测量的实验目的1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。2. 接触角测定材料表面接触角和表面张力的方法。二、接触角测量的过程 ： 用接触角测量仪注射器针头将一滴待测液体滴在基质上。液滴会贴附在基质表面上并投射出一个阴影。投影屏幕千分计会使用光学放大作用将影像投射到屏幕上以进行测量。三、接触角测量原理 润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。 光学接触角测量仪可以记录液滴图像并且自动分析液滴的形状。液滴形状是液体表面张力、重力和不同液体样品的密度差和湿度差及环境介质的函数。在固体表面上，液滴形状和接触角也依赖于固体的特性（例如表面自由能和形貌）。使用液滴轮廓拟合方法对获得的图像进行分析，测定接触角和表面张力。使用几种已知表面张力的液体进行接触角测试可以计算得到材料的表面自由能。 作为光学方法，光学接触角测量仪的测量精度取决于图片质量和分析软件。Attension光学接触角测量仪使用一个高质量的单色冷LED光源以使样品蒸发量降到zui低。高分辨率数码镜头、高质量的光学器件和精确的液体拟合方法确保了图片质量。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即γSG - γSL = γLGcosθ 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿，铺展润湿， 粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。 以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿，θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。

Interfacial Structures and Properties of 2D Materials with Atomic Force Microscopy（4）- Intercalated Structures讲座内容简介： 近年来，由于其潜在的巨大应用价值，关于二维层状材料的基础和应用研究方兴未艾，核心工作是理解和控制其多种多样的有趣性质。之前的研究工作主要集中在二维材料的面内结构，多种多样的层间相互作用在调控其力学、电学、热学以及光学等性质方面也有重要作用。虽然已有许多实验和理论研究工作来表征和理解这些界面结构，但对于界面行为是如何影响其物理与化学行为的仍然不是特别清楚。一个重要原因是，内部界面结构的直接微观成像和性质研究在实验技术上是相对比较困难的。石墨烯内部界面水分子插层的高分辨成像研究 在之前，报告人已经针对的AFM的基础知识、基本模式以及功能化AFM探测模式进行了介绍。本系列报告，将基于我们在原子力显微术的技术研究工作，利用多种先进原子力显微术针对二维材料的本征界面、异质界面以及材料/基底界面开展的研究工作。在每次报告中，我们首先将在较为详细地介绍主要使用的先进AFM模式的基本原理、技术实现及其相关应用。在此基础上，介绍我们利用该AFM模式所开展的关于二维材料界面结构与性质方面的研究工作。希望通过本系列报告有助于相关AFM使用者能够利用比较复杂的AFM功能模式开展研究工作。 本次报告是《二维材料界面结构与性质的原子力探针显微学研究》系列的第四次报告。在本次报告中，将介绍我们通过发展和利用多频原子力显微术，针对二维材料体系的内部界面插层结构等的高分辨成像表征和力学性质探测开展的一些工作。 #主讲人介绍 程志海，中国人民大学物理学系教授，博士生导师，基金委优青，中国仪器仪表学会显微仪器分会理事，中国硅酸盐学会微纳米分会理事。2007年，在中国科学院物理研究所纳米物理与器件实验室获凝聚态物理博士学位。2011年8月-2017年8月，国家纳米科学中心(中科院纳米标准与检测重点实验室)，任副研究员/研究员。曾获中国科学院“引进杰出技术人才计划”（技术百人计划）和首届“卓越青年科学家”，卢嘉锡青年人才奖获得者，青年创新促进会会员并获首届“学科交叉与创新奖”等。目前，主要工作集中在先进原子力探针显微分析技术方法及其在低维材料与表界面物理等领域的应用基础研究。网络讲座时间：北京时间 2021年11月29日 上午10：00-上午11:00申请方法：请关注“Park原子力显微镜”公众号查看首页内容，即可参与。

人类活动或自然释放到大气中的有机物经过复杂的氧化后，进一步和大气其他物种(如无机盐)结合并聚集，生成大气颗粒物，如雾霾的重要成分PM2.5。因此，有机物在大气中氧化反应过程的研究对理解大气气溶胶的生成有着重要的意义。　　大气中含量最高的碳氢化合物是甲烷，第二高的碳氢化合物是异戊二烯。由于异戊二烯有两个双键，导致其化学反应十分丰富，吸引了很多的研究目光。然而高中化学常识告诉我们，异戊二烯是一种挥发性极强的碳氢化合物，极性很小，难以想象异戊二烯会吸附在水的表面(即气液界面)并发生反应。【异戊二烯(Isoprene)是一种由5个碳原子和8个氢原子组成的有机化合物，属于烯烃类烃化合物。从分子结构上看，由于其分子中只有C-C和C-H键，而没有C-O或C-N等偏极性较强的键，因此认为异戊二烯分子整体上是非极性的】　　鉴于此，近期南开大学的张新星研究员团队使用独特的气液界面质谱技术FIDI-MS(图1a)，发现了违反常识的实验现象，即异戊二烯不但可以吸附在气液界面上，还可以以极高的速率被氧化成上百种产物(图1b)，开辟了气液界面这一异戊二烯氧化化学的新赛道。理论计算表明，异戊二烯在气液界面上的吸附能力主要来自于其双键和水中质子的相互作用(图1c) 而极高的氧化反应速率主要是由于气液界面提供了一个部分溶剂化的化学环境，从而降低了化学反应的势垒。该工作发表在近期的Journal of the American Chemical Society 杂志上。　　图1.(a)独特的FIDI-MS技术。(b)异戊二烯在气液界面被氧化成上百种氧化产物。(c)异戊二烯吸附在气液界面的理论计算。　　南开大学研究生张冬梅、汪杰为本文的并列第一作者。南开大学张新星研究员为本文实验部分通讯作者。宾夕法尼亚大学J. S. Francisco教授为本文理论部分通讯作者。　　原文（https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c00300）Fast hydroxyl radical generation at the air-water interface of aerosols mediated by water-soluble PM2.5 under UVA radiation Dongmei Zhang (张冬梅) +, Jie Wang (汪杰) +, Huan Chen (陈欢), Chu Gong (宫矗), Dong Xing (邢栋), Ziao Liu, Ivan Gladich, Joseph S. Francisco*, and Xinxing Zhang (张新星)*J. Am. Chem. Soc., 2023, DOI: 10.1021/jacs.3c00300

p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " 　　由于化学电源的电化学性能与电极/电解质的界面过程密切相关，涉及电荷转移、离子输运、相的生成和转化等步骤，在纳米尺度上深入理解界面过程对于器件设计和材料优化具有重要意义。然而能源体系的运行环境非常复杂，涉及无水无氧环境、有机/离子液体电解质体系、多相界面、多电子反应过程等，因此，针对性发展复杂体系下电化学界面高分辨原位成像方法，从而实现电化学反应过程的实时追踪和原位分析，也是电分析化学的挑战和难点之一。 br/ /span /p p br/ span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " 　　中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室文锐课题组致力于锂电池界面电化学过程的原位研究并取得系列进展。在前期工作中，他们利用氩气环境下的原位原子力显微镜(AFM)，在以[BMP] sup + /sup [FSI] sup - /sup 为代表的离子液体中，捕获纳米尺度上锂离子电池中高定向热解石墨(HOPG)表面固态电解质界面膜(SEI)的初始成核、逐步生长及成膜的系列演化过程，并揭示了不同离子液体中SEI膜的界面性质及与电池性能相关性。相关成果发表在& nbsp ACS Applied Materials & amp Interfaces& nbsp 上。 br/ br/ 　　进一步，研究人员开展了具有高理论能量密度(2600 Wh/kg)锂硫电池中界面电化学反应的系列研究。利用电化学 AFM 及谱学分析表征，实现了在锂硫充放电过程中还原产物硫化锂和过硫化锂在界面形貌演变及生长/溶解过程的原位监测(图1)，并提出过硫化锂在循环过程中不可逆反应产生的界面聚集是导致电极钝化及电池性能衰减的原因之一。恒电流控制下的原位成像研究表明，电流密度大小影响界面形貌及沉积物种类，直观揭示了结构-性能关联性。相关成果发表在& nbsp Angewandte Chemie International Edition& nbsp 上。 br/ br/ 　　近日，科研人员利用电化学 AFM 进一步探究了在高温条件下锂硫电池在LiFSI基电解液中的界面行为与反应机制(图2)。研究发现，在高温60℃时，阴极/电解质界面在放电过程中会原位形成一层由LiF纳米颗粒构成的功能性界面膜，并通过物理尺寸效应及化学吸附作用捕获电解液中的长链多硫化锂。此过程有利于抑制多硫化物穿梭效应及副反应的发生，并增强界面电化学反应的可逆性。该研究通过原位表征与分析为高温电化学行为在纳米尺度提供了直接的界面机理解释，也为锂硫电池的电解液设计及性能提升提供了思路和指导。相关成果发表在& nbsp Angewandte Chemie International Edition& nbsp 上。 br/ br/ 　　研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中科院的支持。 /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/0a9eee39-49a2-4c61-9964-34c61b6891a0.jpg" title=" 1.jpg" / /p p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " strong 图1.原位AFM电化学池示意图(左)及放电中锂硫界面反应过程的原位AFM图像(右) /strong /span /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/f9c7499b-e1eb-4d46-8f9d-0cdc07b1cc1b.jpg" title=" 2.jpg" style=" width: 500px height: 252px " width=" 500" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 252" border=" 0" / /p p span style=" font-family: 微软雅黑, Microsoft YaHei " strong 图2.高温60℃下锂硫电池中阴极/电解质界面过程示意图 /strong /span /p

表面和界面的性质在材料制备、性能及应用等方面都起着重要作用，是材料科学领域研究的重要课题。2023年12月18-21日，由仪器信息网主办的第五届材料表征与分析检测技术网络会议将于线上召开，会议聚焦成分分析、微区结构与形貌分析、表面和界面分析、物相及热性能分析等内容，设置六个专场，旨在帮助广大科研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。其中，在表面和界面分析专场，北京师范大学教授级高工吴正龙、国家纳米科学中心研究员陈岚、暨南大学 实验中心主任/教授谢伟广、上海交通大学分析测试中心中级工程师张南南、岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师吴金齐等多位嘉宾将为大家带来精彩报告。部分报告内容预告如下（按报告时间排序）：北京师范大学教授级高工 吴正龙《X射线光电子能谱（XPS）定量分析》点击报名听会吴正龙，在北京师范大学分析测试中心长期从事电子能谱、荧光和拉曼光谱分析测试、教学及实验室管理工作。熟悉表面分析和光谱分析技术，积累了丰富实验测试经验。主要从事薄膜材料、稀土发光材料研究及石墨烯材料表征技术、表面增强拉曼光谱技术的研究，在国内外期刊发标多篇学术论文。现任全国表面化学析技术委员会副主任委员，主持和参与多项电子能谱分析方法标准。近年来，在多场国内电子能谱应用技术交流培训会上担任主讲人。报告摘要：X射线光电子能谱（XPS）作为最常用的表面分析技术，表面探测灵敏度高，可以检测表面化学态物种的表面平均含量、表面偏析；分析薄膜组成结构；评估表面覆盖、表面分散、表面损伤、表面吸附污染等。本报告在简要介绍XPS表面定量分析原理基础上，通过实际工作中的一些实例，探讨XPS定量结果解释，帮助大家正确理解XPS定量分析结果，更好地利用XPS技术分析表面。岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师 吴金齐《岛津XPS技术在材料表面分析中的应用》点击报名听会吴金齐，岛津分析中心应用工程师，博士毕业于中山大学物理化学专业，博士毕业后加入岛津公司，主要负责XPS的应用开发、技术支持、合作研究等工作，使用XPS技术开展不同行业材料表征相关研究，具有多年XPS仪器使用经验，熟悉XPS数据处理及解析，合作发表多篇SCI论文。报告摘要：介绍相关表面分析技术及XPS在材料表面分析中的应用。国家纳米科学中心研究员 陈岚《纳米气泡气液界面的检测》点击报名听会陈岚，爱尔兰国立科克大学理学博士，剑桥大学居里学者，2014年至今，先后任国家纳米科学中心副研究员、研究员及博士研究生（合作）导师；主要从事纳米界面微观检测及纳米界面光电化学性能调控方面的研究；ISO/TC281注册专家，全国微细气泡技术标准化技术委员会（SAC/TC584）委员，中国颗粒学会微纳气泡、气溶胶专委会委员，Frontiers in Materials及Catalysts客座编辑，科技部在库专家，北京市科委项目评审专家；主持科技部发展中国家杰出青年科学家来华工作计划1项，参与国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、“纳米前沿”重点专项各1项；共发表论文近60篇，授权专利9项，编制国家标准10部。报告摘要：体相纳米气泡具有超常的稳定性及超高的内压，高内压的纳米气泡在溶液中稳定存在的机制一直众说纷纭。因此，研究纳米气泡边界层对于解释纳米气泡的稳定性具有重要的意义。由于纳米气泡气液界面的特点，检测体相纳米气泡边界层十分困难，常规的方法和技术手段很难实现。在本工作中，首次采用低场核磁共振技术（LF-NMR）对体相纳米气泡边界层中水分子的弛豫规律进行了系统研究，提出了纳米气泡边界层测量的数学模型，并成功地测得了不同尺寸纳米气泡的边界层厚度。研究发现，纳米气泡粒径越小，边界层所占比例越高，因而也越可以对更高内压的气核进行有效保护，纳米气泡的稳定性也可以据此进行定量解释。暨南大学 实验中心主任/教授谢伟广《范德华异质结光电探测及光电存储器件》点击报名听会谢伟广，暨南大学物理与光电工程学院教授，博导。2007年博士毕业于中山大学凝聚态物理专业，导师为许宁生院士；研究方向是微纳尺度多场耦合行为及应用，半导体光电转换过程、器件及集成；在Advanced Materials, ACS Nano等期刊发表SCI论文80多篇，代表性成果包括：实现了多种二维半导体氧化物的CVD制备，首次发现了极性二维氧化物长波红外低损耗双曲声子极化激元现象；发展了钙钛矿薄膜的真空气相制备方法，实现了高效气相太阳能电池及光电探测阵列的制备。研究团队发展的多项方法已被国内外同行广泛采纳，并在Nature、Sciecne等著名期刊正面评价。主持国家基金面上项目、重点项目子课题、广东省自然科学基金杰出青年基金项目等多项项目；于2022年（排名第一）获得中国分析测试协会科学技术（CAIA）奖一等奖。报告摘要：二维钙钛矿（2DPVK）具有独特的晶体结构和突出的光电特性，设计2DPVK与其他二维材料的范德华异质结，可以实现具有优异性能的各类光电器件。本报告主要介绍下面两种异质结器件：（1）光电探测器：制备了2DPVK/MoS2范德华异质结器件，由于II型能带排列中层间电荷转移所诱导的亚带隙光吸收，器件在近红外区域表现出了单一材料均不具备的光电响应。在此基础上引入石墨烯（Gr）夹层，借助Gr的有效宽光谱吸收和异质结中光生载流子的快速分离和输运，2DPVK/Gr/MoS2器件的近红外探测性能进一步得到了大幅提升。（2）光电存储器：开发了基于MoS2/h-BN/2DPVK浮栅型光电存储器，其中2DVPK由于其高光吸收系数，能同时作为光电活性层与电荷存储层，器件展现了独特的光诱导多位存储效应以及可调谐的正/负光电导模式。上海交通大学分析测试中心中级工程师 张南南《紫外光电子能谱（UPS）样品制备、数据处理及应用分享》点击报名听会张南南，博士，2019年毕业于吉林大学无机化学系，同年入职上海交通大学分析测试中心，研究方向为材料的表界面研究，主要负责表面化学分析方向的X射线光电子能谱仪（XPS）及飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）方面的测试工作。获得上海交通大学决策咨询课题资助，授权一项发明专利，并在 J. Colloid Interf. Sci.， Catal. Commun.等期刊发表了相关学术论文。报告摘要：紫外光电子能谱(UPS)，能够在高能量分辨率水平上探测价层电子能级的亚结构和分子振动能级的精细结构，广泛应用在表/界面的电子结构表征方面。本报告主要介绍UPS原理、样品制备、数据处理以及在钙钛矿太阳能电池、有机半导体、催化材料等领域的应用。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）

探索固液界面微观结构 材料的物理化学性质不仅由其内部的组分、结构决定，而且与其周围的介质环境及表界面性质息息相关。而水作为最常见的介质环境，不仅与材料产生多种不同的作用力，如亲水作用力、疏水作用力，甚至会与材料发生各种物理和化学过程，从而对材料的性能产生重要影响。因此，在分子层面解析水与材料表面的相互作用与化学过程，对深入研究材料的表界面性质、形成机理具有重要的推动作用，同时有助于指导人们开发更好的材料与器件。 岛津 SPM-8100FM 图1 岛津SPM-8100FM 当前市场上扫描探针显微镜（SPM）有多个品牌，大多数都是使用调幅模式（AM），但是在原理上调频模式（FM）可以获得更高的图像分辨率。岛津SPM-8000FM就是采用调频检测方法，成为世界上首个商品化调频模式的扫描探针显微镜（注：原子力显微镜只是扫描探针显微镜的一种），并荣获2014年第57届“十大新产品奖”。而SPM-8100FM为SPM-8000FM的升级款，与之相比不仅分辨率有了进一步的提升，稳定性也得到了大幅提升。它不仅在大气及液体环境中达到了超高分辨率的观察，还实现了对固液界面的水化层作用或溶剂化作用层的观察，恰好适用于水-材料表界面性质的研究。下面小编就向大家介绍岛津SPM-8100FM（图1）在研究水与不同材料表界面作用中的应用。 采用SPM-8100FM 测试样品 图2 固定在液体池中三个样品的光学图片 小编通过三种不同的样品向大家展示：亲水的云母片、疏水的高定向热解石墨（HOPG）以及可以与水发生反应的方解石（图2）。采用SPM-8100FM的调频模式即可对样品的固液界面进行Z-X方向测试，也就是测试垂直于样品表面的水分子排布，测试示意图如图3所示。 图3 液体样品池测试示意图 测试结果 图4 测试所得三种体系的SPM图及水分子分层信息 所得结果（图4）中的下方黑色区域为固相（即方解石、云母和HOPG），紧靠其上表面的规整区域就是排布在固相表面的水分子层，图中红色虚线框标记的就是一个水分子哦。仔细对比，我们可以发现方解石和云母表面的水分子排布十分相似，但与HOPG表面的水分子排布相差很大。 对三者进行定量分析可知，第一层水分子距方解石、云母及HOPG的表面距离分别为0.15nm 、0.21nm 和0.38nm ，而第二层水分子的距离分别为0.34nm 、0.35nm 和0.92nm。有力地证实了水分子易在亲水材料表面铺展，而在疏水表面具有较大的水分子层间距，这也是水在普通纸张和荷叶表面具有不同铺展性的原因。 撰稿人：刘仁威

中国科学技术大学教授罗毅研究团队的副教授叶树集小组在界面蛋白质分子结构表征方面获新进展。该小组在国际上首次成功测出界面蛋白质的酰胺III谱带信号，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋结构和无规卷曲结构这一界面表征难题，研究成果发表于国际期刊J. Am. Chem. Soc. 2014, 136(4), 1206-1209上。 　　如何精确表征蛋白质，特别是界面蛋白质的分子结构是理解蛋白质结构演变的关键，是国内外学者共同面临的一个非常重要的难题。针对该难题，该小组发展了界面光谱多谱带协同表征方法，首次利用和频光谱技术成功测出了常规手段无法测量的界面蛋白质酰胺III信号。虽然a-螺旋与无规卷曲结构的酰胺I谱带振动峰都位于1650 cm-1左右，但在酰胺III谱带区域，它们的振动峰分别位于1260 cm-1以上和1260 cm-1以下，研究发现两种结构所对应的酰胺III谱带特征峰面积比与蛋白质中无规卷曲结构含量成线性关系。将酰胺I和酰胺III信号结合起来，解决了如何区分界面蛋白质a-螺旋与无规卷曲结构这一界面蛋白质多年的难题。审稿人给予了该工作极高的评价，其中一审稿人认为该工作解决了一个蛋白质表征上的缺口，提供了新的光谱窗口 另一审稿人说该工作是一个重要突破。 　　此外，在手性分子理论以及非线性光谱理论的启发下，该研究组成功发展了免标记的手性与非手性界面光谱表征技术，原位、实时地表征了胆固醇分子在生物膜上的组装与运输行为：胆固醇分子以10° 左右的倾斜取向角度插入中性生物膜中，并停留在生物膜磷脂双层膜的外层，在纯水环境下没有发生翻转行为(flip-flop)，胆固醇浓度较低和较高时分别以不同方式组装。该成果发表于J. Phys. Chem. Lett.。该技术将为胆固醇在真实细胞环境下的组装与动力学行为研究提供分子水平上的表征技术与研究思想指导。 　　叶树集研究小组作为国际上利用非线性和频光谱技术研究界面蛋白质分子结构与动力学仅有的几个小组之一，发展了具有特色的表面与界面生物分子结构表征手段，并围绕生物界面相关物理化学问题及其新表征方法的发展开展系统研究，在JACS、Langmuir、J.Phys.Chem.C、Analyst等国际期刊上发表多篇系统性文章，研究成果被JACS、PNAS、Ann.Rev.Anal.Chem.和Chem.Rev.等介绍与引用，获得国内外同行的高度认可。由于该小组系统而有特色的研究工作，2013年Elsevier出版社邀请该小组为丛书Advances in Protein Chemistry and Structural Biology撰写综述论文，成为该丛书1944年创刊以来，第五篇以国内为第一作者单位署名发表的文章。 　　上述研究工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中央高校创新团队等资金资助。

复杂环境下的低表面能液滴操控对于混合液相分离、化学微反应废物处理等能源、环境与健康领域的应用发展具有重要指导意义。具有液体靶向运输控制功能的仿生结构表面为微滴操控提供了一种能耗更低、制备工艺更简单的解决策略。目前实现基底表面液滴智能运输主要依赖于材料润湿性梯度和结构的不对称性，且相关研究均集中于水处理。油等低表面能液滴的低接触角滞后和接触线滑移使其相比水运动路径更难控制，尽管具有亲油表面的传统圆锥形结构可以实现微油滴的自运输，但复杂环境下的实用性、大容量自发连续低表面张力微液滴输送系统是亟待解决的行业难题与挑战。如何突破现有微滴操控不对称性结构的功能局限实现微油滴气-液界面跨相传输提取更是鲜有研究。近日，西南科技大学微纳仿生系统与智能化研究团队李国强教授与海河实验室曹墨源研究员合作，受鱼刺微油滴操控功能、水稻叶表面各向异性液滴滑动现象启发，利用PμSL高精密3D打印（摩方精密，nanoArch S140，P150）技术制备了一种多仿生槽锥刺结构（BGCS）实现水下油滴的逆重力高效运输与收集。在非对称拉普拉斯压力和表面毛细力的协同作用下，所设计的2-BGCS结构具备在水下、空气以及跨气-液两相界面超快、连续传输油滴的功能，运输速度最高可达70.2 mm/s。与传统圆锥形结构相比，倾斜角20°时，2-BGCS结构的输送速度提高9倍。在逆重力传输油滴时，2-BGCS结构能够提升超过22 μL的重油滴，通量提升5倍，极大的改善了圆锥结构的功能与性能，且具有输运大体积油滴的潜力。仿生槽锥刺集油阵列装置表现出在水环境下连续、自发地收集油滴的性能。该研究为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了一种集成、通用的新策略，在水下微油滴收集系统、生物分析及污染治理等领域具有广阔的应用前景。评审人对该工作给予高度评价：基于锥形结构和沟槽结构的巧妙结合和功能设计为微流控等领域提供新的仿生策略。该工作以“Directional and Adaptive Oil Self-transport on a Multi-bioinspired Grooved Conical Spine”为题发表在国际著名期刊《Advanced Functional Materials》上。西南科技大学机械工程2019级硕士生李耀霞和中国科学技术大学仪器科学与技术2021级博士生崔泽航为共同一作，通讯作者为李国强教授和曹墨源研究员。图1 仿生槽锥刺结构的设计与性能对比。受鱼刺和水稻叶启发，利用精密3D打印制备了不同槽个数的仿生锥形结构。梯度槽和锥形结构的结合，使仿生结构具备水下超快逆重力定向传输功能，对比不同槽数的仿生结构以及传统锥形结构，2-BGCS结构的运输效果最佳。图2 不同结构连续输送油滴及理论机制的比较。对仿生槽锥形结构、传统锥形结构以及对称圆柱结构在水下进行连续逆重力输送实验对比，微油滴在不同结构上连续运输的高度对比说明仿生槽锥形结构上的微油滴能够不断连续输送，且不影响下一次循环。基于不同结构对比实验，对油滴沿结构运输的模型进行机理分析。图3 仿生槽锥刺结构在不同环境下油滴运输的应用。基于仿生槽锥形结构水下逆重力油滴运输的优异性能，进一步探讨了在多环境下的油滴运输功能，不仅能够实现微油滴在空气中的超快输送，还可以实现气-液界面跨相油滴传输，集成收集装置能够实现水下油滴的大通量收集。小结综上所述，受鱼刺空中油滴定向输送以及水稻叶各向异性槽的启发，作者借助精密3D打印制备新型仿生功能结构，由锥形结构产生的非对称拉普拉斯压力和凹槽结构产生的表面毛细力的共同作用下，提高了油滴在水下传输能力，极大的改善了传统圆锥结构的功能与性能。同时，利用不对称结构实现油滴跨气-液两相界面的精准高效传输，仿生槽锥刺集油阵列装置实现在水环境下超快、连续收集油滴，为复杂环境下的油滴从输送到收集提供了新的方法。微纳仿生系统与智能化团队一直致力于超快激光微纳精密制造和超精密3D/4D打印制造的基础研究与应用研究，以开发微纳功能结构、芯片、器件及集成系统为目标，服务于能源、环境、健康等重点领域。近年来，该团队报道了一系列高水平研究成果，包括水平振动模式高性能微滴定向驱动（Adv. Mater., 2020, 2005039），飞秒激光诱导自生长蘑菇头凹角结构微柱（Nano Lett., 2021, 21, 9301−9309 ACS Nano2022, 16, 2730-2740），激光3D打印和飞秒激光直写构筑仿鱼骨微液滴多相分流器、仿荻草叶保水功能“即插即用”式高效集水灌溉装置（J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 9719 J. Mater.Chem. A, 2021, 9, 5630 Nano-Micro Lett., 2022,14:97），精密3D打印构建仿生麦芒分级系统用于高效雾水收集、受蚊眼启发的激光织构化仿生多功用玻璃（Chem. Eng. J, 2020.125139 Chem. Eng. J,2021.129113），一种用于微样分析的仿生微滴操控器（ACS Appl. Mater. Interfaces 2021, 13, 14741−14751）等40余篇。这些重要成果体现了机械工程学科在科学研究和人才培养方面的新成就。该研究受到国防科工局十四五基础科研计划项目、装备预研领域基金项目、国家自然科学基金项目、四川省科技创新基金等项目的支持。

北京大学物理学院高鹏、陈基、王恩哥院士课题组等与材料科学与工程学院刘磊等课题组合作，首次实现了在原子尺度上对同位素界面的研究。该研究成果以《同位素界面上的声子转变》为题于日前在国际学术期刊《自然通讯》发表。　　据介绍，原子尺度上探测同位素界面极具挑战，目前具有原子尺度分辨能力的实验技术只有扫描探针显微镜和透射电子显微镜技术，而前者只能探测表面，后者虽然可以探测包埋的界面，但所有的电镜成像和电子衍射技术都只对质子数目敏感而对中子不敏感，因此无法识别同位素。北大团队利用透射电镜的非弹性散射技术，根据同位素声子能量的差异，首次在原子尺度上实现了对同位素界面的识别和探测。由于同位素技术广泛应用于化学、生命科学领域，因此该工作展示了电镜在这些方面巨大的应用潜力。此外，由于自然界中绝大部分物质都是同位素混合物，该工作也表明同位素之间会产生新的界面效应从而改变局域的物理性质，为理解天然材料的物性提供了新视角。　　在各种物质界面中，同位素界面非常特殊，它两侧物质的质子、电子结构完全一样，不同的只是中子数目。但由于技术原因，关于同位素界面及其可能存在的物性影响在以前很少被讨论。近年来，高鹏课题组基于扫描透射电子显微镜发展了“四维电子能量损失谱测量技术”，克服了传统谱学无法同时具备高动量分辨和纳米级空间分辨的缺点，将声子色散探测的空间分辨提升至纳米甚至亚纳米量级，为原子尺度上探测同位素界面物性提供了可能。　　本次研究中，北大团队制备了高纯度的h-10BN和h-11BN材料，并且堆垛得到人工的同位素范德华界面。他们利用h-BN材料声子能带的特点，将电子能量损失谱的空间分辨率设置在原子分辨尺度，同时又具备区分布里渊区中心的小动量声子和布里渊区边界的大动量声子能力，从而测量同位素界面处的声子行为。他们发现界面处的面外振动的光学声子模式在界面处是逐渐过渡的，存在远高于常规界面声子的离域行为，离域度高达五至十倍的晶格常数，并且小动量声子的离域性比大动量的更显著。团队分析认为，同位素声子的不同振幅导致了振动偶极子大小的差异，从而引起界面处存在一定的电荷积累。这些电荷通过电声耦合效应使得声子离域化，并且积累的电荷密度与动量转移相关，这也解释了动量依赖的声子离域行为。　　“这些发现为我们理解天然材料中的同位素效应提供了一个全新角度，并为通过同位素工程设计新功能提供了线索。这些结果也表明，具有原子级空间分辨和动量分辨能力的电镜电子能量损失谱技术，在同位素示踪、原子核量子效应探测方面的巨大潜力。”高鹏说。

仪器信息网讯 2023年7月8日，中国材料大会2022-2023在深圳国际会展中心开幕。本届中国材料大会系首次在深圳举办，大会聚焦前沿新材料科学与技术，设置77个关键战略材料及相关领域分会场，三天会期预计超1.9万名全国新材料行业产学研企代表将齐聚鹏城，出席大会。作为分会场之一，材料界面/表面分析与表征分会于7月8日下午开启两天半的专家报告日程。中国材料大会2022-2023开幕式暨大会报现场材料界面/表面分析与表征分会由香港城市大学陈福荣教授、太原理工大学许并社教授、北京工业大学/南方科技大学韩晓东教授、中科院金属研究所马秀良研究员、北京工业大学隋曼龄教授、太原理工大学郭俊杰教授等担任分会主席。分会采用主题报告、邀请报告、口头报告、快闪报告等形式，围绕材料界面/表面先进表征方法、功能材料调控与表征、结构材料界面/相变/位错与变形、纳米催化材料、半导体材料、能源电池材料、铁电功能材料等七大主题专场邀请60余位业界专家进行了逐一分享。以下是“材料界面/表面先进表征方法”主题专场报告花絮与摘要简介，以飨读者。“材料界面/表面先进表征方法”主题专场现场报告人：香港城市大学 陈福荣报告题目：脉冲电子显微镜对螺旋材料三维原子动态的研究 像差校正电子光学和数据采集方案的进步使TEM能够提供亚埃分辨率和单原子灵敏度的图像。然而， 辐射损伤、静态成像和二维几何投影三个瓶颈仍然挑战者原子级软材料的TEM成像。对于辐射损伤，电子束不仅可以在原子水平上改变形状和表面结构，而且还可以在纳米尺度的 化学反应中诱发辐射分解伪影。陈福荣在报告中分享了如何由脉冲电子控制低剂量到量子电子显微镜的零作用。并介绍了脉冲电子光源提供可控制的低剂量电子光源, 在高时间分辨率下探测3D原子分辨率动力学 方面的研究进展。报告人：南方科技大学 林君浩报告题目：新型二维材料的原子尺度精细缺陷表征与物性关联研究二维材料是目前研究的热点。由于层间耦合效应和量子效应的减弱，大量新奇的物理现象在二维材料中被发现。其中，二维材料中的缺陷对其性能有直接的影响。理解缺陷的原子结构和动态其演变过程对二维材料功能器件的改进与性能提供具有重要意义。然而，只有少数几种二维材料在单层极限下在大气环境中是稳定，大部分新型二维材料，如铁电性，铁磁性或超导的单层材料在大气环境下会迅速劣化，无法表征其缺陷的精细结构。林君浩分享了定量衬度分析技术在二维材料缺陷表征中的应用，以及其课题组在克服二维材料水氧敏感性的一些尝试。报告人：北京大学 赵晓续报告题目：旋转低维材料的原子结构解析与皮米尺度应力场分析理论预测旋转二维材料的超导机制及其他物理学特性与层间电子强关联效应息息相关，然而迄今为止旋转二维材料的摩尔原子结构及其应力场至今未被实验在原子尺度精确测量。鉴于此，赵晓续团队利用低压球差扫描透射电子显微镜对一系列旋转二维材料的原子摩尔结构及其应力场做了深入研究和分析，通过大量实验对比和验证，系统解析出了由于层间滑移所产生的五种不同相。相关工作第一次系统分析了旋转二维材料的精细结构及应力场，对进一步探索和挖 掘旋转材料体系奇异物性有着重要指导意义。 报告人：香港理工大学 朱叶报告题目：Resolving exotic superstructure ordering in emerging materials using advanced STEM新型功能材料的特点通常是在传统晶胞之外呈现有序性。这种复杂的排序，即使是集体发生的，通常也会遭受纳米级的波动，破坏传统的基于衍射的结构分析所需的长期周期性，对精确的结构确定提出了巨大的挑战。另一方面，成熟的像差校正TEM/STEM提供了一种替代的实空间方法，通过直接成像原子结构以皮米级精度来探测局部复杂有序。报告中，朱叶通过系列案例展示了先进的STEM在解决钙钛矿氧化物和二维材料中复杂的原子有序方面的能力。STEM中的iDPC技术帮助课题组能够解开复杂钙钛矿中与调制八面体倾斜相关的奇异极性结构。工作中的表征策略和能力为在原子尺度上探索新兴功能材料的结构-性能相互作用提供了有力的工具。报告人：中国科学院物理研究所 王立芬报告题目：晶体合成的原位电镜研究发展原位表征手段对决定晶核形成的初期进行高分辨探测表征是研究材料形核结晶微观动力学的关键。王立芬在报告中，分享了利用原位透射电子显微学方法，通过设计原位电镜液态池，实时观察了氯化钠这一经典成核结晶理论模型在石墨烯囊泡中的原子级分辨动力学结晶行为，实验发现了有别于传统认知的氯化钠以新型六角结构为暂稳相的非经典成核结晶路径，该原位实验数据为异相成核结晶理论的发展提供了新思路，也为通过衬底调控寻找新结构相提供了新的启发。通过发展原位冷冻电镜技术，研究了水在不同衬底表面的异质结晶过程，发现了单晶纯相的立方冰相较于六角冰的形核生长，展示水的气象异质形核的动力学特性。通过观察到的一系列新现象、新材料和新机制，展示了原位透射电子显微学技术在材料合成研究中的重要应用，因而为材料物理化学领域的研究和发展提供新的实验技术支持和储备。 报告人：北京工业大学材料与制造学部 隋曼龄报告题目：锂/钠离子电池层状正极材料的构效关系和抑制衰退策略 层状结构的碱金属过渡金属氧化物是多种二次电池中重要的一族正极材料体系，具有相近的晶体结构，且普遍具有能量密度高和可开发潜力大的优点，其在锂离子电池中已有广泛的应用，在钠离子电池等新兴储能领域也占据了重要地位。开发层状正极材料需要深入理解材料的构效关系和演变规律，以实现更精准的材料调控和性能优化。从原子角度去解析材料的性能结构关系、演变规律以及表界面物理化学过程，是透射电子显微学的突出优势，并且随着成像技术的发展以及越来越多的新原位表征技术的开发应用，已经实现了对电池材料进行高时空分辨的原子动态表征。隋曼龄报告中，研究内容以电子显微学的表征技术为特色，以锂 /钠离子电池材料层状正极材料为研究对象，揭示正极材料在循环过程中发生的体相衰退机制和表界面演变机理，并在此基础上提出抑制正极材料循环性能衰退的应对策略，展示先进电子显微学技术在电池材料的 基础科学研究和应用开发中可以发挥的重要作用。 报告人：浙江大学 王勇报告题目：环境电子显微学助力催化活性位点的原位设计多相催化剂被广泛用于能源、环境、化工等重要的工业领域。在实际应用中，催化剂上起到关键作用的通常是催化剂表/界面上的小部分位点，即催化剂的活性位点。自从上世纪20年代Hugh Taylor提出"活 性位点"的概念以来，在原子水平确定催化剂活性位点以及理解发生在活性位点上的分子反应机制已成为催化研究的重中之重；研究人员尝试用不同的方法来获取与表界面活性位点有关的各种信息，以实现从原 子水平上对催化剂进行合理设计。然而到目前为止，由于缺乏真实反应环境下活性位点原子尺度的直接信 息以及对其原子水平调控有效的手段，对表界面活性位点的原子水平原位设计仍然具有很大挑战。王勇报告介绍了其课题组利用环境透射电子显微学对催化剂表界面活性位点原位设计的初步探索进展。报告人：吉林大学 张伟报告题目：基于优化Fe-N交互作用的超稳定储能的探索 具有高安全性、低成本和环境友好性的水系电池是先进储能技术未来发展方向之一。然而，在电极材料中进行可逆嵌入/脱出，引发较大的体积膨胀仍然是一个严峻的挑战。六氰化铁（FeHCF）具 有制备简单，成本低，环境友好等特点，是水系电池中常用的正极材料之一。对于传统金属离子，嵌入晶格时引Fe离子价态降低，金属离子向Fe离子方向移动，两者相互排斥，引发晶体内氰键进一步弯曲， 长期循环中造成晶格坍塌。有别于传统的形貌和结构的控制，受工业合成氨和金属铁渗氮中前期Fe-N弱 相互作用的启发，基于电荷载体（NH4+）和电极材料间的相互作用。张伟报告中研究设计了一种与电荷载体相反作用力的Fe-N弱的交互作用，有效解决了体积膨胀问题。报告人：香港城市大学 薛又峻报告题目：高时空分辨零作用电子显微镜设计透射电镜能够以亚埃级的空间分辨率提供单原子灵敏度的图像，原子级的观测需要强烈的电子照射，这通常会造成材料的纳米结构产生改变，辐射损伤仍然是最重要的瓶颈问题。目前主要的手段是利用冷冻电镜在低温环境下降低电子辐射损伤，但样品在急速冷冻的过程中可能会发生形貌结构的改变，冷冻后无法观察到反应过程的动态信息。制造可实现探测电子和材料间无作用量测的量子电子显微镜，可以用来克服辐射损伤的瓶颈问题。薛又峻报告表示，香港城市大学深圳福田研究院在深圳市福田区的支持下，已开发了具有脉冲电子光源的紧凑型电子显微镜的关键零部件。团队在这个基础上，设计了搭配脉冲电子光源使用的量子谐振器，作为达成量子电子显微镜的关键部件。也设计了基于多极子场的电子谐振腔、配合量子谐振腔的其他关键部件等。基于脉冲电子光源的量子电子显微镜设计开发，可望解决辐射损伤的关键问题，成为纳米尺度下 研究软物质材料的新一代利器。 报告人：南京航空航天大学分析测试中心 王毅报告题目：基于直接电子探测成像的4D-STEM在功能材料的应用传统的扫描透射（STEM）成像，采用环形探头在每一个扫描点，记录一个单一数值/信号强度，构成 2维的强度信号。直接电子探测相机的高帧率使得在每一个扫描点，完整记录电子束斑穿透样品后的衍射 花样（CBED）成为可能，由此构成四维数据 (2维实空间和2维倒易空间)，被称为4D-STEM (亦被称为扫描电子衍射成像)。通过四维数据的后期处理，不仅可以实现任意常规STEM图像的重构，比如明场像，环形明场像，环形暗场像等，不再受限于一次试验中可使用的STEM探头和相对收集角度的限制；而且也可以提取更多材料的信息，比如材料的结构、晶体的取向、应力、电场或磁场分布等， 而随着4D-STEM而产生的电子叠层衍射成像技术已被证明可进一步提高电镜的分辩率，能更有效利用电子束剂量，在对电子束敏感材料有着广大的应用空间。王毅在报告中以几种典型的功能材料为例，介绍了基于直接电子探测成像的4D-STEM和电子能量损失谱在实现原子分辨像和原子分辨元素分布研究方面的进展。 报告人：南方科技大学 王戊报告题目：DPC-STEM成像技术研究轻元素原子占位和电荷分布 新兴成像技术的发展和应用促进着材料微观结构的表征和解析，差分相位衬度-扫描透射电子显微成像技术（DPC-STEM）不仅能实现轻重原子同时成像，也能获取材料的电场和电荷分布信息。王戊分享了使用DPC-STEM成像技术，在低电子束剂量下，研究有机半导体氮化碳材料的轻元素原子占位。实现三嗪基氮化碳晶体的原子结构清晰成像，揭示三嗪基氮化碳晶体的蜂窝状结构、三嗪环的六元特征及插层Cl离子的位置所在，并发现框架腔内的三种Li/H构 型。进一步通过实验和模拟DPC-STEM图像相互印证，明确氮化碳材料中轻元素Li和H原子的占位。基于DPC-STEM的分段探头，计算由样品势场引起的电子束偏移，获得材料的本征电场和电荷信息。 基于DPC-STEM技术获得的原子尺度电场和电荷分布信息，进一步揭示原子之间电场的解耦效应，以及电子的转移和重新分布。报告人：上海微纳国际贸易有限公司 赵颉报告题目：Dectris混合像素直接电子探测器及其在4D-STEM中的应用由于提供了从样品中获取信息的新方式，4D-STEM技术在电子显微镜表征方法中越来越受到重视。在混合像素直接电子探测技术不断发展的情况下，混合像素直接电子探测器能够实现与传统STEM成像类似的采集速率进行4D-STEM数据采集，特别是能够事现驻留时间小于10µs。除了在给定的实验时间内扩展4D-STEM表征视场和数据收集，使用混合像素直接电子探测器可以更全面地记录相同电子剂量下的散射花样信息。赵颉介绍了Dectris混合像素直接电子探测器技术的最新发展，该技术现在允许4D-STEM实验，其设置与传统STEM成像类似，同时单像素采集时间低于10µs。同时介绍了虚拟STEM探测器成像和晶体相取向面分布分析的应用实例。

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润滑油是各种机械设备上用以减少摩擦，保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂。润滑油如发动机机油，润滑原理是其中所含的添加剂成分会在金属表面形成吸附膜，从而减少摩擦作用，并通过防止金属与金属间的直接接触来阻止金属磨损。 但目前常用的测试方法并不能直接观察吸附膜，因此在实际的润滑油开发过程中，需要使用大型装置进行重复测试，例如采用真实车辆测试和发动机测试，以缩小改性剂候选范围和最佳浓度范围。此类开发方式需要大量的时间与物料成本，因此迫切需要一种新的方法。 原子力显微镜是一种通过检测纳米级针尖和样品间作用力获得信息的高分辨工具。但是传统原子力显微镜对力的检测分辨率不够高，因此需要使用调频模式的原子力显微镜。调频模式下探针可以检测到一个或几个分子对探针的扰动，非常适合对润滑油吸附膜这种单分子膜进行观测。 SPM-8100FM调频原子力显微镜仅需500μl润滑油样品，即能够以分子级分辨率观察润滑油-氧化铁界面。 使用SPM-8100FM对润滑油中氧化铁表面上所形成的磷酸酯吸附膜进行分析基油为PAO 4（聚α-烯烃），添加剂为C18AP（正磷酸油酸酯）。 图示为4组对照实验，分别是仅使用PAO（不添加C18AP）和添加了浓度为0.2 ppm、 2 ppm、20 ppm和200 ppm的C18AP的润滑油。 在未添加C18AP的PAO中，观察到层间距离0.66 nm的层状结构。通过这一层次可以看出，PAO分子在氧化铁膜表面上形成了平行于表面的平坦的覆层。随着C18AP浓度不断增加，从0.2 ppm到2 ppm后，层状结构开始消失，最后在20 ppm和200 ppm时完全观察不到。层状结构消失表明PAO分子定向已被C18AP破坏，即C18AP在氧化铁基片上的形成了吸附膜。氧化铁基片在浓度为2ppm时部分覆盖，在20ppm和200ppm时完全覆盖。可以推断，随着C18AP浓度不断增加，氧化铁基片表面逐渐被吸附膜覆盖。 对照使用摆锤式摩擦力测试仪测量获得的钢-润滑油-钢界面的摩擦系数。 在添加C18AP浓度到达20 ppm后，PAO的摩擦系数大大降低。 SPM-8100FM界面图像表明，PAO中C18AP的浓度高于20ppm时，C18AP吸附层完全覆盖了氧化铁基片表面。 尽管对滑动条件和静态条件下实施表面分析的动态环境存在差异，但是这些实验结果表明，使用SPM-8100FM对润滑油-氧化铁界面实施分析进而评估滑动表面摩擦特性是可行的。该技术对于润滑油开发，可有效加快润滑油开发进度，在研发的初期阶段就可以在实验室中进行测试，完成开发初始阶段筛查。

分子间的作用力形成液体的界面张力或表面张力，张力值的大小能够反映液体的物理化学性质及其物质构成。 合成血液用于医用口罩合成血液穿透性的测定。口罩的生产需进行表面张力、界面张力的测定。 A1200自动界面张力测定仪适用标准：GB/T6541，分子间的作用力形成液体的界面张力或表面张力，张力值的大小能够反映液体的物理化学性质及其物质构成，是相关行业考察产品质量的重要指标之一。 A1200基于圆环法（白金环法），测量各种液体的表面张力(液-气相界面)及液体的界面张力(液-液相界面)。此方法具有操作简单，精确度高的优点而被广泛应用。仪器特点 1、 采用独创的快响应电磁力平衡传感器，提高了测量精度与线性度2、 仪器校准只需标定一点，解决了前一代传感器需要多点标定的问题。免去了调零电位器及调满量程电位器3、 实时显示等效张力值、当前重量（可作为电子天平称重）4、 集成温度探测电路，对测试结果自动温度补偿5、 240×128点阵液晶显示屏，无标识按键， 具有屏幕保护功能6、 带时间标记的历史记录，最多存储255个7、 内置高速热敏式微型打印机，打印美观、快捷，具有脱机打印功能8、 配有标准RS232接口，可与计算机连接，便于处理试验数据9、 可实现全中文/全英文界面显示

近日，上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想，解决了冲击定位要求苛刻的难题，相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces”为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。刚柔复合界面设计与制备（杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱）面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件：1）基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴；2）极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略，可有效缩短固液接触时间，但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园，提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计，通过融合刚性和柔性设计策略，期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密）高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。液滴冲击行为 研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为，证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。固液接触时间液滴冲击实验进一步表明，当液滴冲击柔性界面区域时，将触发结构振动来缩短固液接触时间；而当液滴冲击刚性界面区域时，将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近日，上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想，解决了冲击定位要求苛刻的难题，相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces”为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c05243。刚柔复合界面设计与制备（杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱）面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件：1）基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴；2）极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略，可有效缩短固液接触时间，但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园，提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计，通过融合刚性和柔性设计策略，期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密）高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。液滴冲击行为 研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为，证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。固液接触时间液滴冲击实验进一步表明，当液滴冲击柔性界面区域时，将触发结构振动来缩短固液接触时间；而当液滴冲击刚性界面区域时，将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。官网：https://www.bmftec.cn/links/10

近日，上海交大机械与动力工程学院胡松涛副教授课题组提出了刚柔微结构复合的超疏水界面设计思想，解决了冲击定位要求苛刻的难题，相关研究成果在机械装备抗液防冰等领域具有重要的应用前景。瑞士苏黎世联邦理工学院Andrew J. deMello教授课题组和英国帝国理工学院Daniele Dini教授课题组为合作单位。该成果以“Flexibility-Patterned Liquid-Repelling Surfaces”为题作为封面论文发表于ACS Applied Materials & Interfaces期刊。原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.1c05243。刚柔复合界面设计与制备（杆径10μm的柔性网格结构及刚性支柱）面向低温冲击液滴的超疏水界面需要递进满足两个条件：1）基于微纳几何结构和低能化学修饰的抗刺穿性以反弹冲击液滴；2）极短的固液接触时间以避免液滴在界面成核结冰。现有的相关界面设计工作遵循刚性和柔性两类策略，可有效缩短固液接触时间，但受限于苛刻的固液冲击定位要求。研究团队借鉴蹦床公园，提出了刚柔微结构相结合的超疏水界面设计，通过融合刚性和柔性设计策略，期望消除界面润湿性能对固液冲击定位的依赖。研究团队采用面投影微立体光刻3D打印技术（nanoArch S140，摩方精密）高效、精准地实现了上述刚柔复合界面设计的样机制备。液滴冲击行为 研究团队利用高速相机记录液滴在冲击不同界面以及界面内不同局部区域的动力学行为，证明可以利用刚柔复合界面设计来调整液滴冲击行为。固液接触时间液滴冲击实验进一步表明，当液滴冲击柔性界面区域时，将触发结构振动来缩短固液接触时间；而当液滴冲击刚性界面区域时，将触发液滴的非对称再分布来缩短固液接触时间。

当“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会冒出“痘痘”?　　这一谜团已存在超过50年。　　西安交通大学金属材料强度国家重点实验室微纳尺度材料行为研究中心的科研人员破解了这一难题。此项成果6月29日在线发表在世界著名期刊《自然-材料》上(原文链接http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4336.html)。　　人们知道，生活中常见的铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，乃至材料失效。这一现象，被称为“氢鼓泡”。　　西安交大科研人员发现，原来，对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随着坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，并向外鼓出形成气泡。而气泡密度足够大时，氧化膜保护层便会脱落，最终导致材料失效。　　这种氢致界面失效是在石化、海洋、核、航空航天及半导体等工业里常见的金属材料失效原因之一。尽管此前不同国度的研究人员进行了大量的研究，但对其原子尺度的机理一直不甚明了。传统的表面鼓泡理论只能解释气泡的生长，对于气泡的形核则缺乏理论及实验证据。西安交大微纳中心的这一研究发现填补了氢致界面失效现象起源的实验和理论空白，有助于人们找到防止氢致界面失效的方法，提高材料在含氢环境中的服役寿命。　　“举一个激动人心的例子：太阳帆，”微纳中心博士生解德刚介绍说，宇宙中氢的质量分数在70%以上，人类造的任何飞行器在太空航行时都必须考虑氢对材料性能的影响。太阳帆的原理就是利用大面积镜面般光滑的薄膜反射太阳光以获得动力航行。目前最有可能的薄膜材料就是铝箔，科学家已经意识到太空环境中铝箔表面易发生鼓泡的现象，而太阳帆表面一旦发生鼓泡，其反射能力就会大打折扣，影响飞行器的动力性能。“希望我们的发现对于太阳帆的防氢设计有着积极的指导意义”，解德刚对此十分期待。　　“这项发现对很多与氢有关的未解之谜都有着重要的启示，”微纳中心主任单智伟教授告诉记者，“比如半导体芯片中的导线基底界面劣化、电厂的汽轮机叶片的氧化皮脱落、核电站中有大量的质子辐射环境以及高温水汽环境等等。”　　此项研究中，微纳中心的科研人员一改以往楔形的样品设计，采用微纳尺度的金属铝圆柱体，通过环境透射电子显微镜观察氢气氛围下金属和氧化界面的动态演化过程，以令人信服的证据无可争辩地证明了氢致表面氧化物鼓泡的晶向依赖性。　　据了解，绝大多数金属制品在实际使用时表面都会有一层保护膜，有的是自然形成，有的是人为添加。这层保护膜通常起着防氧化、防腐蚀、耐磨损等作用。一旦被破坏，材料的氧化、腐蚀、磨损就会加速，发生到一定程度就会使材料彻底失效。单智伟教授指出，降低表面防护层的粗糙度，选择合适的金属基底取向，对界面进行有目的改性等可有效减缓甚至防止氢致界面失效的发生。接下来，研究小组将继续聚焦氢致材料失效机理研究，致力于进一步推动人们对氢影响的认知，以减少和避免由氢脆等材料失效所造成的巨额经济损失和重大安全事故。　　该文章的作者依次为博士生解德刚、王章洁博士、孙军教授、马恩教授、李巨教授和单智伟教授。此项研究工作得到中国国家自然科学基金、973项目及111项目的资助。

随着电池、电子封装等相关设备的普及，功率的增加，废热管理，如何降低热损变得越来越重要。如何管理好这些复杂的热系统并不容易，需要对界面材料有根本的认识。 Linseis的热界面材料测试系统是优化这些系统的热管理非常好的解决方案。 从液态化合物到固体材料，TIM能够测试各种材料的热阻抗以及热导。这些都符合ASTM D5470测试标准。 电机全自动压力控制 ( 最大8 MPa )LVDT高分辨率全自动测厚符合ASTM D5470测试标准全集成软件控制装置技术参数型号 TIM-TESTER 样品尺寸 圆形： φ20 mm 至 φ 40 mm 方形： 20 x 20 mm 至 40 x 40 mm 厚度: 0.01 mm 至 15 mm 其他尺寸可定制 样品类型 固体、粉末、糊状物、液体、粘合剂、箔片 样品厚度测试精度 50%行程：+/-0.1% 100%行程：+/-0.25% 电阻范围 0.01 K/W 至 8 K/W 温度范围 RT 至 150°C -20°C 至 150°C (冷却装置) RT 至 300°C (根据需求) 控温精度: 0.1°C 热导率 0.1至50 w/m?k（根据需求可扩展） 接触压力 0 至 8Mpa（根据样品尺寸） 接触压力精度 +/- 1% 尺寸 675 mm H x 550mm W x 680 mm D 冷却系统 外置水机（带加热） 加热系统 电子加热元件 应用Vespel™ (50°C, 1MPa)测试 在50℃ (TH=70℃, TC=30℃)和1 MPa的接触压力下，测量25 x 25mm Vespel™ 样品的热阻抗(和导热系数)。为了确定表观导热系数和接触热阻，测量了三个厚度在1.1 mm到3.08 mm之间的不同试样(采用线性回归分析)。 不同温度下 Vespel™ 的测量 25mm x 25mm Vespel™ 样品在40℃到150℃之间，接触压力为1Mpa时的表观导热系数随温度变化的曲线图。 Vespel™ 的温度相关测量 在50℃ (TH=70℃, TC=30℃)下测量25 x 25mm导热垫(II型)的热阻抗(导热系数)。为了确定接触热阻，测量了三个厚度在2.01mm到3.02 mm之间的不同试样(采用线性回归)。 可测样品类型 I 型 当施加压力时表现出无限变形的粘性液体。这些包括液体化合物，如油脂、糊状物和相变材料。这些材料没有表现出弹性行为的证据，也没有在消除偏转应力后恢复初始形状的趋势。 II型 粘弹性固体的变形应力最终由内部材料应力平衡，从而限制了进一步的变形。例如凝胶、软橡胶和硬橡胶。这些材料表现出线性弹性特性，相对于材料厚度有较大的偏转。 III型 弹性固体，其偏转可忽略不计。例如陶瓷、金属和一些塑料。创新点：从液态化合物到固体材料，TIM能够测试各种材料的热阻抗以及热导。 · 电机全自动压力控制 ( 最大8 MPa ) · LVDT高分辨率全自动测厚 · 符合ASTM D5470测试标准 · 全集成软件控制装置 这些热界面材料如热流、热胶、相变材料（PCM）、焊料、弹性热导体等能够在8mPa（20mm直径样品），温度最高到300℃的条件下自动测试。

当前，信息技术的高速发展对半导体器件的热管理提出了更高的要求：一方面需要使用更好的散热材料（如石墨烯、金刚石等），另一方面需要降低接触界面热阻。对于小尺寸的高功率器件而言，界面的导热能力实际上已经成为制约器件性能提升的瓶颈，因此，研究其界面导热机制尤其重要。在半导体器件中，界面热导主要是由异质结界面附近的几个原子层产生的界面声子决定的。但目前人们对于界面声子如何影响界面热导知之甚少，主要原因是缺乏有效实验测量界面声子的手段。图 (a) AlN/Si异质结界面处的原子分辨图；(b) AlN/Si异质结界面的EELS谱；(c) AlN/Si和AlN/Al异质结四种不同界面模式的声子态密度分布及对界面热导的贡献近来，北京大学物理学院量子材料科学中心、电子显微镜实验室高鹏教授课题组，发展了兼具空间分辨和动量分辨能力的四维电子能量损失谱技术（Nature Communications 2021, 12, 1179 发明专利：ZL202011448013.7），并展示了可应用于异质结界面声子色散的测量（Nature 2021, 559, 399)。最近，他们和清华大学、南方科技大学等合作，利用该谱学方法测量了第三代半导体氮化铝（AlN）与硅（Si）衬底、金属铝（Al）电极等界面的晶格动力学行为，并探索了不同界面的声子传输行为及其对界面热导的贡献。联合研究团队发现AlN/Si和AlN/Al的界面声子模式迥然不同，从而导致界面热导数倍的差异。通常，界面声子可以分为四类：扩展模式、局域模式、部分扩展模式和孤立模式。其中，扩展模式和局域模式与界面两侧的体态声子都有很强的关联，使得一侧的声子通过弹性/非弹性散射穿过界面到达另一侧，充当连接两侧体态声子的桥梁，从而有助于提升界面热导；而部分扩展模式和孤立模式对界面热导贡献很小。联合研究团队首先在AlN/Si异质结界面上观测到了界面模式具有明显的桥效应：界面存在原子尺度局域的声子模式，与界面两侧AlN和Si的不同能量的体声子都能发生非弹性散射从而交换能量；此外，也观察到了明显的界面扩展模式。这两种模式都能有效促进界面热量的传输。而在AlN/Al界面，并没有观察到明显的由局域模式或扩展模式构成的声子桥，其界面声子模式主要为部分扩展模式，对热量的传输效率较低。这些结果解释了为什么AlN/Al的界面热导要远小于AlN/Si。该工作深化了对界面声子传输和热输运的理解，尤其为基于氮化物的高电子迁移率晶体管和大功率发光二极管等高功率半导体器件的热管理提供了有价值的信息。2022年2月18日，相关成果以“原子尺度探测氮化物半导体异质结界面声子桥”（Atomic-scale probing of heterointerface phonon bridges in nitride semiconductor）为题，在线发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。北京大学物理学院量子材料科学中心2017级博士研究生李跃辉为第一作者，高鹏为通讯作者，其他主要合作者包括北京大学物理学院的研究助理亓瑞时、2018级博士研究生时若晨，清华大学胡健楠博士、马旭村教授、罗毅院士，以及清华大学和南方科技大学薛其坤院士等。上述研究工作得到国家自然科学基金，以及量子物质科学协同创新中心、怀柔综合性国家科学中心轻元素量子材料交叉平台、北京大学高性能计算平台等支持。论文原文链接：https://www.pnas.org/content/119/8/e2117027119

当“安静”的铝制品遇见“淘气”的氢原子，为何“肌肤”表面就会冒出“痘痘”？这一谜团已存在超过50年。　　日前，这一难题被西安交通大学单智伟教授及其课题组成员成功攻关。此项成果6月29日在线发表在世界著名期刊《自然-材料》上。单智伟教授团队采用原位、动态的先进技术手段，在纳米尺度揭示了稳定的铝制品在含氢环境下界面失效的反应机理。　　(原文链接http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4336.html)　　这项科研成果主要依赖的科研工具是日立的原位环境透射电镜H-9500，原位环境透射电子显微镜是研究不同外界环境对材料影响的相关研究人员不可或缺的实验仪器。日立对原位环境电镜的设计和应用一直处于全球领先水平，原位环境透射电镜设计有H-9500和HF3300两个型号。目前，国内配备有日立H-9500的单位有浙江大学电子显微镜中心、西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心。区别于市场上其他原位环境电镜，H-9500和HF3300除可以使用特定的原位样品杆(如加热样品杆、通气样品杆等)对纳米材料进行原位观测和分析，H-9500和HF3300还可以在电子枪仍保持较高真空度的情况下，在镜筒内通入无腐蚀性的气体，在更接近常压的气氛环境中对材料进行各种性能测试，实验重现性较好，因此研究结果更为准确可靠。那么，西安交大单智伟教授团队是如何攻破这一难关的呢？生活中常见的铝制品通常稳定耐用，因为它的表面会自然形成一层致密而坚硬的氧化铝保护膜，俗称“刚玉”。但在含氢环境中，铝制品常常会在表面鼓出气泡，最终导致氧化膜保护层脱落，乃至材料失效。这一现象，被称为“氢鼓泡”。　　单智伟教授团队发现，原来，对于“纤瘦”的氢原子而言，刚玉中的原子间隙如此之大，以至于它们可以在其中来去自如。氢原子的随性“游走”会破坏金属铝和刚玉之间“手拉手”的紧密联系，从而使一部分铝原子“重获自由”。这些铝原子也会在氧化物和金属铝的界面上自由运动，并在金属铝的一侧形成很多微小的坑。随着坑的不断长大，氢原子拥有足够的空间重新结合形成氢分子并对氧化膜产生压力。当坑的直径大到某一临界尺寸时，氧化膜就会被撑得发生塑性变形，并向外鼓出形成气泡。而气泡密度足够大时，氧化膜保护层便会脱落，最终导致材料失效。　　这个重要发现意义非凡。传统的表面鼓泡理论只能解释气泡的生长，对于气泡的形核则缺乏理论及实验证据，西安交大单智伟教授团队的这一研究发现填补了氢致界面失效现象起源的实验和理论空白。该研究成果有助于人们找到防止氢致界面失效的方法，提高材料在含氢环境中的服役寿命，在石化、海洋、核、航空航天及半导体等工业领域有着重要的指导意义。　　祝贺西安交大单智伟教授团队取得如此傲人的科研成就，也希望日立电镜能够一如既往地为广大科研工作者提供科学的解决方案，在科学道路上贡献一份力量。公司简介： 　　天美（控股）有限公司（“天美（控股）”）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。继2004年於新加坡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、英国Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，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

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。

成果名称 固液界面（SLIM）蛋白质结晶方法及新型结晶板研制 单位名称 北京大学 联系人 马靖 联系邮箱 mj@labpku.com 合作方式 □技术转让 □技术入股 &radic 合作开发 □其他 成果成熟度 □研发阶段 &radic 原理样机 □通过小试 □通过中试 □可以量产 成果简介： 在结构生物学领域，晶体学是获得蛋白质原子结构的最普遍方法。近年来，尽管人们对蛋白质结晶原理的认识逐步深入，并且在方法研究方面不断有新的突破，但是国际上尚没有一个通用的可以获得蛋白质晶体的方法，蛋白纯化及晶体生长是一个劳动密集、成功率比较低的工作。在这种情况下，蛋白质晶体制备技术的自动化、并行化、小型化创新将大大简化蛋白晶体生长步骤，从而提高工作效率，十分必要。 在此背景下，苏晓东课题组提出一个新的蛋白质结晶概念，即固体液体界面方法（SLIM），该方法可降低蛋白结晶筛选时对蛋白质浓度及量的要求。SLIM主要基于提前滴加池液使其干燥便于储存运输，而后在&ldquo 干滴板&rdquo 上生长晶体时滴加蛋白溶液到&ldquo 干池液&rdquo 中，这为蛋白晶体生长提供了不同的动力学途径。这个方法的一个突出优点是可以利用自动化的多通道的移液设备大批量的准备许多&ldquo 干滴板&rdquo ，从而大大简化蛋白结晶过程并增加通量。为了使这个方法能够实用化，课题组需要尝试及采用各种高通量、自动化移液系统来制造大量低成本&ldquo 干滴板&rdquo ，同时还要设计并制备合适的结晶塑料板材。 作为&ldquo 仪器创制与关键技术研发&rdquo 基金首批支持的项目，在项目资金的支持下，通过结晶&ldquo 干滴板&rdquo 制备仪器的购置，以及结晶板材生产模具的试制，苏晓东教授这一新型蛋白质结晶板的研制工作得以顺利推进。目前，苏晓东课题组已经成功制备了蛋白质结晶&ldquo 干滴板&rdquo 样品，并已获得良好的效果，相关专利申请已进入国家阶段。接下来，课题组将继续与相关公司及厂家合作，进一步研制&ldquo 干滴板&rdquo 的大批量、高通量生产技术，实现该技术成果的转化。 应用前景： 蛋白质晶体制备技术的自动化、并行化、小型化创新将大大简化蛋白晶体生长步骤，从而提高工作效率，应用前景广阔。

随着电池、电子封装等相关设备的普及，功率的增加，废热管理，如何降低热损变得越来越重要。如何管理好这些复杂的热系统并不容易，需要对界面材料有根本的认识。 Linseis的热界面热阻测试系统是优化这些系统的热管理非常好的解决方案。 从液态化合物到固体材料，TIM能够测试各种材料的热阻抗以及热导。这些都符合ASTM D5470测试标准。 电机全自动压力控制 ( 最大8 MPa )LVDT高分辨率全自动测厚符合ASTM D5470测试标准全集成软件控制装置技术参数型号 TIM-TESTER 样品尺寸 圆形： ? 20 mm 至 ? 40 mm 方形： 20 x 20 mm 至 40 x 40 mm 厚度: 0.01 mm 至 15 mm 其他尺寸可定制 样品类型 固体、粉末、糊状物、液体、粘合剂、箔片 样品厚度测试精度 50%行程：+/-0.1% 100%行程：+/-0.25% 电阻范围 0.01 K/W 至 8 K/W 温度范围 RT 至 150°C -20°C 至 150°C (冷却装置) RT 至 300°C (根据需求) 控温精度: 0.1°C 热导率 0.1至50 w/m?k（根据需求可扩展） 接触压力 0 至 8Mpa（根据样品尺寸） 接触压力精度 +/- 1% 尺寸 675 mm H x 550mm W x 680 mm D 冷却系统 外置水机（带加热） 加热系统 电子加热元件 应用Vespel™ (50°C, 1MPa)测试 在50℃ (TH=70℃, TC=30℃)和1 MPa的接触压力下，测量25 x 25mm Vespel™ 样品的热阻抗(和导热系数)。为了确定表观导热系数和热接触电阻，测量了三个厚度在1.1 mm到3.08 mm之间的不同试样(采用线性回归分析)。 不同温度下 Vespel™ 的测量 25mm x 25mm Vespel™ 样品在40℃到150℃之间，接触压力为1Mpa时的表观导热系数随温度变化的曲线图。 Vespel™ 的温度相关测量 在50℃ (TH=70℃, TC=30℃)下测量25 x 25mm导热垫(II型)的热阻抗(导热系数)。为了确定接触热阻，测量了三个厚度在2.01mm到3.02 mm之间的不同试样(采用线性回归)。 可测样品类型 I 型 当施加压力时表现出无限变形的粘性液体。这些包括液体化合物，如油脂、糊状物和相变材料。这些材料没有表现出弹性行为的证据，也没有在消除偏转应力后恢复初始形状的趋势。 II型 粘弹性固体的变形应力最终由内部材料应力平衡，从而限制了进一步的变形。例如凝胶、软橡胶和硬橡胶。这些材料表现出线性弹性特性，相对于材料厚度有较大的偏转。 III型 弹性固体，其偏转可忽略不计。例如陶瓷、金属和一些塑料。创新点：从液态化合物到固体材料，TIM能够测试各种材料的热阻抗以及热导。这些都符合ASTM D5470测试标准。 电机全自动压力控制 ( 最大8 MPa ) LVDT高分辨率全自动测厚 全集成软件控制装置

KRÜSS于1796年诞生于德国汉堡，是表面科学仪器领域的全球领导品牌。先后研发了世界上第一台商用全自动表面张力仪和第一台全自动接触角测量仪，荣获多次国际工业设计大奖和德国中小企业最具创新能力TOP100荣誉。其它产品还包括各类动态表面张力仪、泡沫分析仪、界面流变仪和墨滴形状分析仪等。KRÜSS展会信息界面是决定复合材料性能的关键因素，是复合材料研究领域的焦点问题。“2022 复合材料界面论坛”重点聚焦碳纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、碳纳米管纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、植物纤维等高性能纤维增强复合材料的界面，主要围绕复合材料界面微观结构及其表征、界面微观力学、界面结构与界面行为之间的关系以及它们对材料宏观性能的影响等研究领域展开。KRÜSS诚邀您参加2022复合材料界面论坛会议时间：2022.8.11 - 12展位号：A03会议地址：宁波华侨温德姆至尊豪廷大酒店（浙江省宁波市海曙区柳汀街230号）典型应用通过接触角分析树脂和纤维浸润性树脂的表面张力分析通过表面能分析纤维和树脂的粘结强度基于OWRK模型的粘结效果评价等离子处理后表面能比较应用背景界面是决定复合材料性能的关键因素。树脂与纤维增强体的良好浸润是获得高质量复合材料界面的首要前提，对于树脂基复合材料而言，增强纤维与树脂基体之间的浸润性好坏对复合材料性能影响很大。一般来说，浸润性好、界面粘结强度就比较高。如果浸润性不好，界面上就容易留有空隙。因此，要制备高性能的复合材料，对增强材料的浸润性研究是十分必要的。

2021年2月10日，在海外求学10年之后，张学强回到中国。他所专长的气固、液固界面原位表征技术，有望开拓在新能源、国防等领域的应用。　　作为北京理工大学机械与车辆学院激光微纳制造研究所教授、博士生导师，张学强所从事的研究为利用高时空分辨的光谱技术探测分子、原子等微观尺度下气固界面在外场(光、热、电等)作用下的物理化学演变行为。　　这项研究有什么用？“应用的范围非常广泛。”张学强近日接受中新社记者采访时举例说，在石油变成汽油的过程中，通过观测其与催化剂界面的相互作用和变化，可以理解催化剂的作用机理、帮助实现催化剂的设计和效率优化；又如在氢能方面的研究，可以更加了解电解池电极催化水制氢的作用机理，从而探索提高效率的方法。　　“我从事的主要是基础研究”，张学强介绍说，“微纳制造、微观界面研究在国际上是非常前沿的领域，竞争十分激烈。”　　此前，张学强2010年从吉林大学本科毕业后，在美国求学近10年。2016年5月，在美国圣母大学拿下博士学位，又先后在美国伊利诺伊大学香槟分校、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。　　目前，张学强在北京理工大学机械车辆学院激光微纳制造研究所。“刚出国时，中国在这方面的研究刚刚起步，美国和德国等处于领先地位。但10年过去，中国在该领域的研究已经后来居上。”张学强在多家研究所的工作经历，在设备硬件、实验方法、操作等方面都有知识储备。　　张学强1987年出生在辽西偏远山村，从小学习成绩突出。在青少年读书时，便受到了多位老师的帮助，高中班主任甚至帮他购买学习资料，希望他在学业的道路上走得更远。“我非常幸运一路走来有这么多人无私的帮助，也希望在我有能力的时候可以帮助身处困境的人，为国做贡献”，张学强心里始终有个回国的情结。　　当2018年北京理工大学到美国高校宣讲时，得知国家对飞秒加工技术、基础研究的需求，而且与自己的研究十分契合，张学强从此与北理工结缘。　　在美国的时候，张学强喜欢看NBA，喜欢开车出去远足，但是也看到美国存在的种族问题、枪支问题、华人天花板问题等。“离得远反而看到中国在很多方面都做得很好。”　　2019年，张学强正处在十字路口。如同许多留学生一样，他面临从事独立研究、进入科技公司、还是回到祖国的抉择。张学强认为，作为从事基础研究的学者，许多人并不那么在意物质，而是在意能否有宽松的科研条件。从科研的角度看，国内的科研条件已经越来越好，这让归国学者有用武之地。　　张学强说，身边回国的学者越来越多。他回到国内，不仅生活待遇与在美国差不多，而且也感受到浓浓的人情味。北京理工大学党委书记张军亲自关心张学强的生活工作，促膝长谈的同时也嘱托他要做“顶天立地”的科研，既要做到本领域的最前沿，也要扎根于祖国大地，做个人事业发展与国家需要同频共振的中国式人才。

■ 高飞雪，吴凯，伊晓东本文总结了国家自然科学基金委员会化学科学部催化与表界面化学学科相关的国家重大科研仪器研制项目的资助概况及已批准项目的研制目标、仪器构成与应用领域，在此基础上，提出了项目申请与管理的一些建议与思考。前言 “创新科学仪器”是科学发展的原动力。运用科学仪器进行实验可以判定科学理论的正确性和准确性，发现新的现象，提出新问题，从而促进技术进步，推动相关领域的发展。国家自然科学基金委员会（以下简称“基金委”）于2011年设立国家重大科研仪器研制项目，面向科学前沿和国家需求，以科学目标为导向，资助对促进科学发展、探索自然规律和开拓研究领域具有重要作用的原创性科研仪器与核心部件的研制，以提升我国的原始创新能力【1】。我国“催化与表界面化学”近十年来得到了快速发展，某些领域的研究成果得到了国际上的肯定和关注，特别是在创新仪器研制方面瞄准国际前沿，超前部署，为今后做出原创性工作提供有力的技术支撑。希望这些与“催化与表界面化学”相关的创新仪器的成功研制将进一步推动“催化与表界面化学”的发展。一、重大科学仪器基金项目资助概况国家重大科研仪器研制项目包括部门推荐和自由申请两个亚类。自重大科学仪器研制项目设立以来，化学科学部共资助6项部门推荐的重大科研仪器项目，其中与“催化与表界面化学”相关的有4项，具体的重大仪器项目（部门推荐和自由申请）资助情况见表1和表2。表1 “催化与表界面化学”相关重大仪器研制项目（部门推荐）信息表表2 “催化与表界面化学”相关重大仪器研制项目（自由申请）信息表二、部门推荐类重大仪器研制项目在这里，我们重点介绍部门推荐类重大仪器研制项目的研制目标、仪器构成以及应用领域。1、高分辨多功能化学成像系统问题的提出：化学成像是近年来兴起的新型表征技术，它将光学成像与谱学测量相结合，可同时获得化学成份的含量和空间分布信息。由于时间和空间分辨率的限制，现有化学成像技术大多难以实现分子水平的原位检测；而且基本上是单一模式成像，难以进行分子结构和分子间相互作用的多组分/多参数分析和验证。研制目标：复杂体系中表界面分子结构和性能变化的原位、实时研究，突破材料化学、生命化学等前沿交叉领域研究的技术瓶颈。仪器构成与功能：高分辨多功能化学成像系统，以超分辨受激辐射耗尽STED光学成像为基础，将具有超高空间分辨的光学成像和质谱、光谱等谱学技术及扫描探针显微成像技术相结合，在对物质的形貌进行成像的同时，对其化学组成、表界面分子结构、分子间相互作用及其动态变化等进行分子水平的原位、实时、多参数表征。在此基础上，发展了纳米尺度和分子水平的化学成像新技术和新原理。仪器构成示意图见图1。应用领域：该仪器的建成和使用促进纳米化学、能源化学和生命化学等领域的研究取得新突破，为绿色化学、生物医药、电子工业、环境治理、能源资源等高新技术产业的发展提供高水平的综合实验平台。图1 高分辨多功能化学成像系统示意图2、基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置问题的提出：绝大部分现有能源和新洁净能源都涉及原子分子的物理化学过程，因此研究原子分子在气相和表面的化学物理过程一直是能源基础研究极其重要的方向。极紫外波段光源在气相原子分子和表面物种的探测中发挥着不可替代的作用。但是, 现有光源亮度较弱大大限制了在这一方向的研究能力。研制目标：研制一套基于高增益谐波产生模式的、超高亮度且具有超快时间特性的可调极紫外相干光源的综合实验装置，将先进相干光源的发展和原子分子和自由基的高灵敏度探测方法发展紧密结合起来, 将先进相干光源装置的研制与能源相关的基础物理化学研究装置的研制紧密结合起来, 希望在较短的时间内使该综合实验研究装置成为世界上独特的的基础物理化学实验研究平台。仪器构成与功能：该大型综合实验装置主要由高品质的电子直线加速器、极紫外激光高增益谐波产生放大器、极紫外光束线和实验站（含基元反应实验装置、表面光化学反应实验装置、分子束表面散射化学反应实验装置、生物质谱实验装置、中性团簇实验装置等）组成，产生的极紫外激光脉冲能量超过100 uJ，重复频率可达50 Hz，波长在极紫外区域（50-150 nm）完全连续可调，脉冲长度可实现30 fs/100 fs/1 ps切换。结合传统激光技术、离子成像技术、原子分子和自由基高灵敏度电离技术、高分辨质谱技术以及独特的UV-EUV泵浦-探测技术，该装置可以被广泛地用于研究光化学动力学、团簇结构及动力学、表面化学动力学、燃烧化学动力学、生物分子结构等能源化学相关过程的重要基础科学问题。仪器构成示意图见图2。图2 基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置结构图应用领域：该大型综合实验装置可用于燃烧、能源催化、大气化学、星际化学、表面科学和生物质谱分析等领域的研究。3、基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置问题的提出：化石能源的高效利用、能量转换与储存中的多相催化反应和电化学反应都是发生在表面和界面上的物理化学过程。研制基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置，从微观的原子分子尺度检测上述物理化学过程涉及的多种表面反应关键中间物种、自由基和激发态，对化石能源的优化利用和洁净能源的开发起着非常关键的作用。研制目标：国内第一个红外自由电子激光用户装置，同时也是国际上第一个面向能源化学研究的红外自由电子激光装置，使我国在低增益FEL振荡器装置研究方面达到国际先进水平，解决能源化学前沿科学问题。仪器构成与功能：结合当前自由电子激光等技术领域最新成果，该仪器由中红外到远红外波段连续可调的红外自由电子激光，和以其为光源的表界面反射吸收红外光谱、纳米红外光谱（空间分辨光谱）、和频光谱（时间分辨光谱）、光解离光谱和光激发光谱五条实验线站组成。该大型实验装置显著提升了从原子分子水平研究多相表界面过程（如（电）催化剂活性中心位本质、（电）催化剂作用机理和（电）催化反应机理）、团簇结构及其反应动力学和红外振动态激发分子反应动力学的能力。实现了原位/在线/工况探测过去只能间接推测而无法直接从实验上获知的能源化学反应关键中间体（如氧物种、表面－吸附分子成键振动等）的结构、解析相关的团簇结构及其动力学、获取分子振动激发对化学反应影响等全新的信息。发现新现象、揭示新规律，取得实验和理论的突破。仪器构成示意图见图3。应用领域：该仪器的建成将为解决能源化学的瓶颈问题的提供研究平台，使能源化学和材料化学相关领域研究取得突破性进展。图3 基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置结构图4、超高时-空分辨的离子化学研究系统问题的提出：离子是物质科学中的基本粒子之一，是稀土分离、核废料处理、离子电池、分子磁体、发光、相转移催化、土壤污染修复和离子通道等领域中重点研究对象。溶剂介质中离子化学的核心科学问题是离子溶剂化效应。溶剂化离子的结构复杂而动态，造成研究手段匮乏，理论处理棘手。研制目标：建造一套具有超高时-空分辨能力的离子化学研究系统，探索与发现离子化学中的新现象和新性质。仪器构成与功能：该系统的建成将为相对稳定的金属正离子和非金属负离子的制备提供普适的方法；所产生离子束通过电化学系统的加速、抽取、偏转、漂移和减速，软着陆到介质表界面或其它指定位置；综合利用软着陆离子束、分子束、低温和超高真空技术，实现原位制备单离子、溶剂化离子、离子对、离子配合物和聚集体等；结合超高空间分辨成像技术和超高时间分辨的超快多维光谱技术、测量单个离子的本征结构，研究受控的离子溶剂化过程，探究溶剂化离子的大小、结构、电荷和能量转移等；监控单一离子在多相表界面的迁移动力学，研究离子迁移与介质表界面结构、离子种类、离子大小和溶剂化效应等之间的内在关系；对具有特殊功能性质的稀土发光和磁学配合物，测量单个裸露离子或配位（或溶剂化）离子的光学及磁学性质等。整套仪器的主要参数指标包括：在空间分辨上约为0.01 ~ 0.1 Å；时间分辨上为fs ~ ns（不同能量测量范围）；在能量分辨上能达到0.1 ~ 1 meV；为达到软着陆目的，离子束的能量小于1 eV。仪器构成示意图见图4。应用领域：该仪器将在我国超纯稀土萃取、高端稀土功能材料开发、土壤污染中重金属处理、核废料处理中的放射性离子提取与转化、磁性分子材料的设计与制备、离子电池和储能材料的研制等重大应用过程提供技术平台。图4 超高时-空分辨离子化学研究装置的主要系统功能划分上述四项仪器研制项目（部门推荐）从可调谐极紫外自由电子激光到中远红外自由电子激光，使原可探测的光谱段扩展和增强。利用其对表界面活性中间物种等进行探测，特别是对很难探测到的甲烷等的关键中间物种、自由基和激发态进行有效探测及其随时间演化的动力学过程，以及中间体物种与催化剂表面成键的探测（大多在远红外区）等，为催化及能源化学领域反应路径和机理的理解提供了重要的直接实验证据。同时，成像与光谱和质谱结合，可同时获取表界面反应的物种定量和定性以及化学组成信息，为反应机制提供可视化证据。特别是结合超高空间分辨的成像技术和超快时间分辨的多维光谱技术，研究离子的本征性质和行为，是离子化学研究的前沿，将为能源、材料和环境等领域提供重要的技术平台。上述仪器的成功研制和发展的实验方法将进一步推动“催化与表界面化学”的发展，加速创新性原创成果的产生，为“催化与表界面化学”未来发展提供了重要技术储备，同时也反映了表界面化学表证方法的发展趋势。三、创新仪器和表征方法的发展态势表界面结构与性质的演变是表界面化学的研究核心，必须借助于先进的实验技术和表征方法，既要注重挖掘和综合利用现有的实验技术，又要注重利用新的科学原理来建立新的表征方法【2】。在材料结构表征技术中，原子分辨电子三维/四维技术、基于X射线、自由电子激光和同步辐射光源的三维相干衍射成像技术、4D扫描透射显微技术（4D-STEM）和电子叠层成像术（Electron ptychography）在原子水平上研究材料体系的组成、分布、结构与性质的时空变化，对于表界面物理化学至关重要。在真实催化反应条件下与同一时间尺度下，综合使用原位X射线吸收谱学(XAS, X-ray adsorption spectroscopy)、原位X射线掠入式衍射(GID, grazing incidence X-ray diffraction)、原位傅立叶变换红外光谱(IR，infrared Fourier transform spectroscopy)、引入外加扰动(如同位素切换)的瞬变动力学分析(TKA，transient kinetic analysis)、原位光电子能谱、原位固体核磁、光催化电荷转移过程全时空域成像、球差校正扫描透射电镜二次电子成像等多种表征技术，可以同时获得多种信息，有助于人们深入理解真实催化过程和催化作用机制，总结催化活性与催化剂的内在规律，为新型高效催化剂的研制提供科学依据。通过反应器的创新设计，在电极材料与电化学表界面（固液两相及气液固三相界面）工作条件下，协同联用和同步耦合原位X光吸收光谱、表面增强振动（红外和拉曼）光谱、扫描探针显微技术（SPM）与微分电化学质谱等原位表征技术是电化学前沿研究的强大工具。原位界面和频振动光谱（SFG）、液体环境中的电化学STM、引入光、电、力、温度等外场和液体、气氛等化学环境的透射电镜（TEM）、液固界面AFM、介质环境下的X射线吸收精细结构谱（XAFS）、液相体系中的圆二色谱法等是目前介质环境下表征技术的重点与难点。基于石英音叉轻敲模式的非接触原子力显微镜（Qplus NC-AFM）技术、非弹性电子隧道谱（IETS）、针尖增强拉曼光谱（TERS）、二维飞秒红外光谱、秒X射线激光脉冲、时间，空间与能量分辨的超快超宽频多维光谱、将皮秒级太赫兹脉冲耦合到STM针尖的太赫兹（THz）STM等技术是化学键与能量迁移表征技术发展的方向。四、建议与思考我国表界面化学的研究起步较晚，作为跨度宽广、应用普遍和意义重大的一门交叉学科，表界面化学在我国经过几十年的艰苦发展，其触角已经深入到物理、化学和其他相关学科的诸多研究方向，受到人们越来越多的重视。得益于我国经济的快速发展以及国家对基础科学研究的大量投入，近十几年来一批高端精密设备被引进、改造、创制并投入到实际研究之中，在解决催化及相关方向的关键科学问题取得了重要进展。但是，目前我国高端精密仪器的制造和创制能力还不足。一方面，重要的表面分析仪器和设备都是国外垄断，制约我国表面化学乃至基础科学的发展。另一方面，我国表界面化学的研究也在一定程度上依然存在着“跟风”和急于求成现象，导致研究创新性相对缺乏，在一些需要啃硬骨头和相对冷门的方向和领域的研究动力不足。例如，人们更多关注表面反应的静态表征，但对于表面反应的动态过程研究十分有限，理论研究也比较薄弱。再如，表面扩散动力学以及低维结构的生长动力学研究等缺乏足够的重视和深入的探讨，在表面量子态调控等方面也几乎是空白。重大科学仪器研制项目是科学基金资助体系中环境支撑的重要部分，是推动科学问题导向的创新仪器研制和原创成果产生的重要平台。科学基金在持续资助创新仪器的同时，不断完善仪器基金的后续管理和支撑条件。2018年化学部学科重组后，设立了仪器创制与大科学装置应用的申请代码（B0407）。表界面化学（B02）仪器项目的申请可选择任一代码。仪器基金的会评是在学科或学部函评的基础上，学部推荐后统一由计划局组织评审。近三年来，表界面化学相关仪器项目（自由申请）的申请数不多，结题项目的优秀率也不高。对于已经结题的仪器（部门推荐）项目，结题两年后还要开展后评估工作。主要考察仪器的科学目标和应用目标完成情况、依托仪器取得的重大科研成果情况、关键核心技术的掌握和推广应用情况、仪器核心器件自主可控情况和仪器运行及其稳定性，另外还考察组织管理情况，例如：依托单位履行职责情况（包括基础设施和配套设施建设、人员配备、运行经费保障、国有资产管理等）。同时注重考察仪器研制技术团队建设和人才培养情况，成果转化及对经济社会的影响。建议依托大科学装置和基金委资助的仪器研制项目，充分发挥研制仪器在解决相关科学问题中的重要作用。针对表界面的关键科学问题，鼓励高端精密仪器的制造和基于新原理的原创性仪器研制，注重挖掘和提升现有仪器的综合有效利用，发展基于大数据和AI技术的表界面研究新方法和新范式，注重培养仪器研制、设计加工和维护专业技术人才队伍，提升我国表界面化学创新仪器的研制能力，促进学科的全面快速发展。【参考文献】[1] 2021年度国家自然科学基金项目指南[2] 高飞雪, 伊晓东. 催化与表界面化学“十四五”发展规划概述, 中国科学: 化学, 2021, 51(7): 932. doi: 10.1360/SSC-2021-0121