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西安交通大學(xué)微納尺度材料行為研究中心依托國儀量子SEM 4000場發(fā)射掃描電鏡，集成了多套材料原位性能測試系統(tǒng)，在掃描電鏡原位測試技術(shù)應(yīng)用和材料科學(xué)研究方面取得了令人矚目的成果，為國產(chǎn)高端科學(xué)儀器在前沿科研領(lǐng)域的應(yīng)用樹立了新標(biāo)桿。

國內(nèi)領(lǐng)先的材料研究平臺

西安交通大學(xué)微納尺度材料行為研究中心是以材料科學(xué)與工程一級國家重點(diǎn)學(xué)科和金屬材料強(qiáng)度全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為依托建設(shè)的權(quán)威科研平臺，專注于微納尺度材料的結(jié)構(gòu)與性能研究。

自成立以來，中心在科研成果產(chǎn)出方面表現(xiàn)卓越，發(fā)表了包括Nature、Science在內(nèi)的高水平論文410余篇，團(tuán)隊牽頭獲得了2023年國家自然科學(xué)獎二等獎等多項國家和省部級獎勵。在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，中心建成了全國首條年產(chǎn)千噸級3N5A級高品質(zhì)鎂生產(chǎn)示范線，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益，真正實(shí)現(xiàn)了科研成果的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

中心目前建有國內(nèi)領(lǐng)先的材料原位性能研究平臺，包括配有定量納米力熱耦合測試系統(tǒng)的日立300kV環(huán)境透射電鏡、可在原子尺度原位觀察材料力熱氣行為的環(huán)境球差校正透射電鏡等多臺大型設(shè)備系統(tǒng)，為開展前沿材料科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

國產(chǎn)電鏡的高效應(yīng)用體驗(yàn)

2024年，中心正式引入國儀量子SEM4000場發(fā)射掃描電鏡。設(shè)備負(fù)責(zé)人范傳偉老師表示：“SEM4000的分辨率、穩(wěn)定性能夠很好滿足我們中心的研究需求，最讓我們印象深刻的是，從設(shè)備采購到產(chǎn)出第一篇相關(guān)論文，只用了不到4個月的時間，采購、運(yùn)行和售后的效率非常高。”

在定制化服務(wù)方面，國儀量子展現(xiàn)了突出的本土化優(yōu)勢?！搬槍ξ覀儝呙桦婄R下的原位實(shí)驗(yàn)需求，國儀專門為我們定制了原位視頻錄制模塊，還為不同的原位裝置定制了轉(zhuǎn)接臺。這種快速響應(yīng)和定制化服務(wù)能力，充分體現(xiàn)了國儀的專業(yè)水準(zhǔn)和本土化優(yōu)勢?！狈秱鱾ダ蠋煂a(chǎn)設(shè)備的服務(wù)能力給予了高度評價。

全面的原位測試系統(tǒng)集成

目前，中心的SEM4000已成功搭載了三套核心原位測試系統(tǒng)，形成了完整的原位性能研究能力。

布魯克Hysitron PI 89納米力學(xué)測試系統(tǒng)是其中的重要組成部分。這套系統(tǒng)功能全面，可以實(shí)現(xiàn)納米壓痕、拉伸、斷裂、疲勞和力學(xué)性能成像等多種功能。目前，該系統(tǒng)承擔(dān)了芯片及半導(dǎo)體器件微納尺度結(jié)構(gòu)的性能測試項目，在半導(dǎo)體材料微納力學(xué)性能研究方面已經(jīng)取得了重要成果。

KW原位拉伸臺提供了從1N到5kN的加載范圍，配備了常規(guī)拉壓夾具以及緊湊拉伸、三點(diǎn)彎、纖維拉伸等多種專用夾具。與SEM聯(lián)用后，能夠?qū)⒉牧系牧W(xué)數(shù)據(jù)與相應(yīng)的組織變化實(shí)時結(jié)合起來進(jìn)行綜合分析，為理解材料變形機(jī)理提供了重要手段。

由西安交通大學(xué)儀器學(xué)院韋學(xué)勇教授團(tuán)隊開發(fā)的原位扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺目前也已經(jīng)在SEM4000平臺上完成調(diào)試并開展原位實(shí)驗(yàn)，為材料扭轉(zhuǎn)變形行為研究提供了獨(dú)特的技術(shù)手段。

范傳偉老師對集成使用體驗(yàn)給予了積極評價：“各個系統(tǒng)與電鏡之間的協(xié)調(diào)性很好，操作也比較便捷，我們的研究團(tuán)隊能夠快速上手。通過這些系統(tǒng)的綜合應(yīng)用，我們在材料微納尺度行為研究方面獲得了很多重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)發(fā)現(xiàn)

專為原位實(shí)驗(yàn)優(yōu)化的設(shè)計優(yōu)勢

SEM4000之所以能夠出色地支撐原位測試平臺建設(shè)，得益于其在設(shè)計上的多項技術(shù)優(yōu)勢。國儀量子工程師介紹，SEM4000的大樣品倉和大行程位移臺設(shè)計為復(fù)雜的原位測試系統(tǒng)提供了充足的安裝和運(yùn)行空間，能夠支持各種原位臺在電鏡下的穩(wěn)定運(yùn)行，這是傳統(tǒng)掃描電鏡難以實(shí)現(xiàn)的重要優(yōu)勢。強(qiáng)大的擴(kuò)展性通過16個法蘭接口的模塊化設(shè)計得以體現(xiàn)，用戶可以方便地為不同的原位臺定制真空接口結(jié)構(gòu)和各種線路連接。這種設(shè)計理念讓集成不同類型的原位測試系統(tǒng)變得非常便捷。同時，豐富的軟件功能特別是原位視頻錄制功能，能夠連續(xù)記錄和保存實(shí)驗(yàn)過程中樣品的變化情況，為動態(tài)實(shí)驗(yàn)分析和機(jī)理研究提供了重要的數(shù)據(jù)支撐。

持續(xù)創(chuàng)新引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展

面向未來，中心基于SEM4000制定了多項技術(shù)創(chuàng)新規(guī)劃，展現(xiàn)了對國產(chǎn)設(shè)備持續(xù)發(fā)展的信心。

范傳偉老師介紹：“我們計劃增配原位熱臺和EBSD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)原位高溫及EBSD觀察；其次，我們準(zhǔn)備將自研的TEM原位力學(xué)定量測試軟件拓展到SEM下，實(shí)現(xiàn)更加精確的原位力學(xué)測試數(shù)據(jù)分析。第三個就是開發(fā)SEM AI Agent系統(tǒng)，在人工智能的輔助下，開展設(shè)備自動化操作、圖像采集和數(shù)據(jù)處理等工作，通過人工智能技術(shù)進(jìn)一步降低設(shè)備使用門檻讓更多的研究人員能夠便捷地使用這些先進(jìn)的測試功能。”

“通過系統(tǒng)的持續(xù)完善和功能拓展，我們希望能夠在材料微納尺度行為研究方面取得更多突破性進(jìn)展，同時也為推動國產(chǎn)科學(xué)儀器的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用推廣貢獻(xiàn)我們的力量。在國儀團(tuán)隊的支持下，我們對這些創(chuàng)新舉措很有信心。”范傳偉老師說。

西安交通大學(xué)微納尺度材料行為研究中心的成功實(shí)踐，充分展現(xiàn)了國產(chǎn)高端科學(xué)儀器在前沿科研領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和技術(shù)實(shí)力。從4個月快速產(chǎn)出科研成果，到多套原位測試系統(tǒng)的成功集成，再到未來創(chuàng)新規(guī)劃的全面布局，國儀量子自研自產(chǎn)的掃描電鏡在這個國內(nèi)頂尖研究平臺上的出色表現(xiàn)，為國產(chǎn)科學(xué)儀器贏得了權(quán)威認(rèn)可。

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