蔡司扫描电镜原位技术应用成果分享

 　　扫描电镜原位技术是一项将材料宏观力学、热学等性能与微观结构信息紧密联系起来的强有力工具，能够帮助科学研究者们深入探索材料的性质，目前已经广泛应用于材料科学研究的各个领域。

　　蔡司扫描电镜可扩展并兼容多种原位装置，从而实现原位实验研究。不仅如此，通过一体化的软硬件集成，蔡司于近期推出了高度自动化的扫描电镜原位解决方案(点击查看)，能够帮助您出色地完成各类原位实验。

　　接下来，就让我们一起来看看世界各地的科学研究者们将原位台搭载在蔡司扫描电镜中，获得了哪些令人惊喜的成果吧!

　　经离子辐照的单晶镍膜原位力学研究《Acta Materialia》

　　辐射损伤会导致材料强度增加及延展性下降，从而降低核能反应堆结构部件的服役寿命。

　　澳大利亚核科学与技术组织的Dhriti Bhattacharyya等科学研究者制备了经不同剂量离子束辐照的单晶镍膜拉伸试样，并将原位拉伸台搭载在蔡司场发射扫描电镜(点击查看)中，原位观察样品拉伸变形情况，记录应力应变曲线，从而研究辐照对材料延展性的影响，该研究成果发表在Acta Materialia上(点击查看)。

　　实验结果表明，未经辐照的材料表现出很好的延展性(57%应变)，而辐照会导致材料发生显著硬化(断裂强度可达500Mpa)。

　　轻质合金异质晶粒结构的原位力学研究《Additive Manufacturing》

　　选择性激光熔化(SLM)是一种可以灵活制造轻质金属部件的新技术，尤其在铝合金等轻质材料领域有非常重要的应用。

　　西北工业大学凝固技术国家重点实验室林鑫教授团队探究了SLM 制备的Al-Sc-Zr 合金的异质晶粒结构与应变硬化行为之间的关系，这对于进一步优化其微观结构和力学性能具有重要意义，相关工作发表在Additive Manufacturing上(点击查看)。

　　该研究在蔡司场发射扫描电镜GeminiSEM(点击查看)中进行了原位拉伸实验，通过拍摄同一位置不同应变状态下的高分辨电镜图像并进行测量，准确判断拉伸形变过程中等轴晶带和柱状晶域之间的应变分配关系。

　　▲ (a-e)原位拉伸样品在宏观应变分别为0%、5%、10%、14%、18%时的背散射电子图像。(f)粗晶CG区与超细晶UFG带的微观应变演变。图片来源：见参考文献[2]。

　　间隙型高熵合金相变和孪晶机制的

　　SEM原位研究《Acta Materialia》

　　在SEM中，电子通道衬度成像(ECCI)是观察材料晶体取向以及位错、层错等微观缺陷的重要手段，它具有试样制备简单、视场较大等特点。

　　德国马克斯·普朗克钢铁研究所的王美美等科研人员在蔡司双束电镜FIB-SEM(点击查看)中对间隙型高熵合金(iHAEs)进行了原位拉伸实验，通过ECCI观察到机械孪晶的形核与生长过程。相关工作发表在Acta Materialia上(点击查看)。

　　研究发现随着变形量的增加，新的孪晶不断成核，在位错的运动驱动下向优选方向生长。并且机械孪晶有晶粒尺寸依赖性，可以据此设计材料微观结构，以提供良好的强度和延展性能。

　　▲ 原位ECCI观察机械孪晶形核和生长过程。(a)微观组织低倍图。(b)放大区域显示机械孪晶的成核和生长。图片来源：见参考文献[3]。

　　原位观察钛合金孪晶的萌生和扩展

　　《Acta Materialia》

　　{332}孪晶是bcc金属和合金中独特的孪晶形式，已被证明是亚稳态β钛合金的基本变形方式，在增强加工硬化与改善机械性能方面起着重要作用。

　　德国马克斯·普朗克钢铁研究所的赖敏杰等科研人员发表在Acta Materialia上的文章研究了亚稳态β Ti-36Nb-2Ta-3Zr(wt.%)合金中{332}孪晶的机理(点击查看)。通过在蔡司双束电镜FIB-SEM(点击查看)中的原位拉伸实验直接观察到{332}孪晶的萌生和扩展。

　　▲ 应变累积下{332}孪晶的演变。(a)应力应变曲线。(b-f)原位拉伸过程中{332}孪晶演变的背散射电子图像。拉伸方向为图像水平方向。(g-i) (b)、(e)和(f)中框选区域的放大图像。红色、绿色和蓝色虚线分别表示β-twin/β-matrix边界、β-twin/a"边界和a"/β-matrix边界。

　　看到这里，扫描电镜原位技术一定给大家留下了深刻的印象，你是否已经跃跃欲试了呢?近期，蔡司发布的扫描电镜原位解决方案将电镜、原位台、EBSD与EDS控制软件深度整合，高集成化、高自动化的设计能够帮助您高效率地获取高通量、高质量的实验数据，相信一定会为您带来不一样的原位技术体验，欢迎来戳400-1500-108