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什么显微镜能看到原子?电子显微镜可以吗?

时间:2012年04月25日 信息来源:本站原创 点击: 加入收藏 】【 字体:

  近年来,苏州工业园区围绕科技跨越计划和创建一流创新型园区的目标,围绕软件、集成电路、生物医药、动漫与游戏、纳米技术、下一代通信等园区重点发展产业,投资超过5亿元,重点打造20余个科技公共服务平台以及30余个开放实验室。
  为此园区专门建立了以科技公共服务平台协作共享网为纽带,形成了公共技术服务平台、开放实验室以及创业支撑服务平台的三大公共服务体系。

  为了进一步加大各平台机构的影响力,促进各平台机构更好的为企业服务,认真贯彻“3+5”转型升级产业发展规划,将电子信息制造、机械制造、现代服务业等主导产业做大做强,有针对性地重点培育生物医药、纳米光电新能源、软件及动漫游戏、融合通信、环保等五个新兴产业。本刊与园区科技发展局、中小企业服务中心推出“苏州工业园区公共平台设备系列巡展活动”。

  可以看清一根头发丝的三十万分之一

  “听说分析化学物质能够清晰地看到物质的原子,对于失效分析只需要看一眼就能够知道原因”真的有这么神奇吗?带着疑问和好奇我们在电镜实验室主任张锦平教授的带领下参观了中国科学院苏州纳米所(筹)测试分析平台的电子显微镜实验室。

  在张教授的耐心介绍和现场演示下,我们了解到能使原子成像的正是坐落在纳米所一楼的价值700万元的场发射透射电镜(Tecnai G2 F20 S-TWIN TEM),该显微镜分辨率最高可达0.2纳米,只有最小氢原子直径的2倍,相当于一根头发丝直径的三十万分之一,从而可以从原子尺度上分析物质的结构和化学成分,这样客户就可以在纳米级别下观察和分析物质的形貌特征及成分,一眼就能看出该物质是否合格,对物质进行失效分析。“当然除了不合格分析原因外,一些企业把做得非常好的样品在原子级别下成像也可以作为广告宣传照片”张教授开玩笑的说。据介绍该电镜是目前国际一流的电子显微镜,基本上代表了当今世界电子显微学的最高、最新水准。“企业为什么非要用高达几百万的电镜在纳米级别下去分析物质呢,市场上很多光学显微镜只要几万甚至有的只要几千,分辨率也能有100纳米呀? ”我不解的问。“就拿这个碳纳米管来说,现在应用非常广,复合材料、电子器件、电池、超级电容器以及军事上的防弹衣都运用得到,它的强度是钢的100倍,而密度仅是钢的1/ 6,有人说,如果在地球和月球之间搭一个天梯的话,只有碳纳米管能担此大任。 ”张教授指着一张在电镜下成像的碳纳米管(配图)笑着继续说道“你看,在我们这纳米级别下的成像就能清晰的看到有一处结合的不是很好,但是在低分辨率的光学显微镜下是完全看不出来的,还以为是非常完美的样品呢。 ”

  实验室装备了超强的软硬件设备

  研究所领导对于测试分析平台的建设给予极大重视和关注,在筹建经费中拨款4000万元用于设备购置,近两年各类项目资金投入近1000万元,目前设备总投入已经达到大约5000万人民币,其中电镜实验室就投入了2000多万,该实验室具备一流的硬件设施,除了场发射透射电镜外,还有一台热场发射环境扫描电子显微镜、一台日立冷场高分辨透射电子显微镜、一台钨灯丝扫描电镜、一台MonoCL3+阴极荧光谱仪 (带液氮冷台和液氦冷台)、一套SmartEBIC电子束诱导感生电流装置和全套的电子显微镜制样设备,这些设备在物理学、材料科学、化学和生物学等学科领域有着广泛的应用,从半导体器件、发光材料、有机导电材料乃至生物样品,均可提供纳米或原子尺度的高分辨像、化学元素分布图、界面结构、相分析等结果,并特别适用于纳米器件与新型材料的解剖分析。

  实验室主任张锦平教授早年师从我国电子显微镜奠基人郭可信院士和叶恒强院士,是我国最早培养出的电子显微学专业的博士之一,在美国从事电子显微镜研究二十年,在电子显微分析领域具有很高的声誉,曾在加州纳米中心工作,与纳米材料界不少处于前沿的实验室合作过,其中包括H.Kroto博士(1996年诺贝尔奖得主,C60的发现者)等。目前也是郭可信基金会的现任理事长。实验室2009年正式运行以来服务所外多家用户,包括索尼苏州研发部、苏净集团、上海硅酸盐所等共计30余家,其中,企业用户占所外用户的三分之二,每天平均提供服务机时达到10小时,现有设备基本都达到了满负荷运行。此外,该实验室已为美国加州大学圣芭芭拉分校、圣弟亚哥分校、德国慕尼黑技术大学、台湾大学等提供电镜服务,并培训电镜操作人员,经过短短一年,电镜室已形成一支可提供上述项目服务的专业队伍,可为企业提供从电镜样品制备到数据分析的一条龙服务。

  在参观过程中张教授指着正在操作电镜的一个工作人员说:“这个是委托企业自己的员工,我们非常欢迎企业工作人员自己动手测试,只需经过我们几个小时培训就完全可以自己操作了。而且在苏州纳米所二期建设中计划将扩展到八台电子显微镜的总量,并拥有完备先进的制样设备;在三到五年内培养一批高水平的电子显微镜专业人才;在运行机制上取得突破,发展成为一个充满活力、对产业有核心价值、对先端科研具有重要支撑作用的电子显微镜中心。”

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