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量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限域效应的电子或空穴的势阱。量子阱器件，即指采用量子阱材料作为有源区的光电子器件。

一、量子阱的构造 

如下图，量子阱器件的基本结构是两块N型GaAs附于两端，而中间有一个薄层，这个薄层的结构由AlGaAs-GaAs-AlGaAs的复合形式组成。在未加偏压时，各个区域的势能与中间的GaAs对应的区域形成了一个势阱，故称为量子阱。电子的运动路径是从左边的N型区（发射极）进入右边的N型区（集电极），中间必须通过AlGaAs层进入量子阱，然后再穿透另一层AlGaAs。量子阱器件虽然是新近研制成功的器件，但已在很多领域获得了应用，如量子阱红外探测器、GaA s、InP基超晶格、量子阱材料、量子光通讯和量子结构LED等，而且随着制作水平的提高，它将获得更加广泛的应用。

量子阱的基本结构

二、量子阱的微观世界

量子阱材料一般使用分子束外延(molecular beam epitaxy ,简称 MBE)或金属有机氧化物化学气相沉积法(MOCVD)技术制备，对于量子阱材料界面结构的观察，晶体生长过程中出现的诸如层错，位错等缺陷的形成、特性及其分布等，我们一般利用高分辨透射扫描电镜(TEM)来观察，从而确定材料微观结构参数与器件宏观性能参数间的关系。众所周知，透射样品制备要求严格，制样困难，首先要将样品膜面利用进行对粘，再继续线切割为3mm×1mm；其次采用砂纸将样品打磨抛光使其厚度为60μm 左右，再抛光至 20μm；ZH使用离子减薄仪将样品轰击为10nm以下。这个过程技术要求高，每一步都需要经验，不是一般人都可以做的，而且成本较高；而扫描电镜相比较而言，样品制备简单，导电样品直接用导电胶固定在样品台上，放入腔室内进行观察，对于不导电样品，我们也有自己的解决方案，一配备离子溅射仪，即喷金，二采用低电压模式，低电压成像是现代场发射扫描电镜的技术发展趋势，低电压成像可以呈现样品极表面细节、可以减少不导电样品的荷电（放电）现象、可以减少电子束对样品的损伤。

对于薄膜材料更是如此，下面就是我们来看看采用蔡司sigma 500所测的量子阱材料，我们得到了10万和15万倍下的量子阱的背散射图片，可以看出样品界面出现了亮暗程度不同的衬度带，各层分界清楚，界面平整，层分布精度高，周期性好，厚度为 68.11nm，阱和势垒交替出现，从而确定周期厚度。

随着全民健康消费理念的日益普及，健康类家电需求升温，其中净化类型的家电，如家用净水器等。近年来呈现爆发式增长。虽然净水器进入我国只有短短二十余年的历史,但是其发展速度却非常惊人。

净水器最主要的作用就是改善自来水，能够生饮、替代桶装水、更廉价、更卫生。净水器的关键部件就是滤芯。不论是什么品牌的净水器，其功效皆由滤芯的种类和品质决定。

另外很多小区周围水站的桶装水，也是由自来水经过滤芯过滤得到的。客户订A品牌的水，水站就用A品牌的的滤芯过滤水，订B品牌的水，就用B品牌的滤芯过滤。所以滤芯是净水的关键。

那么市场上不同类型的净水器太多了，要怎样区分怎样选择呢？这里小编带大家梳理一下，关于净水器滤芯的小知识！

其实呢，净水器的主要滤芯主要有这几种类型：PP棉，活性炭，微滤MF/超滤UF/纳NF滤膜，反渗透膜（RO）。

其中PP棉滤芯主要拦截大颗粒污染物，活性炭可以吸附异味，而更关键的技术则在于滤膜类的滤芯。不同分离膜滤芯的孔径大小和可透过的物质，如下图所示：

小编特地采购了PP棉滤芯、中空纤维滤芯以及反渗透滤芯，将他们剖开，用电镜来解析他们的微观形貌。

PP棉空隙尺寸较大，所以只能拦截较大的颗粒物，如泥沙、隐孢子虫、毛发、红虫和一些悬浮物。  

接下来流经活性炭，吸附水中异色异味，祛除余氯。之后流经下一级滤芯---微滤或超滤膜滤芯。根据膜组件的结构，这类膜有中空纤维状式、管式和平板式等，小编买到了是中空纤维膜，一般净水器中多用这种结构。

超滤膜可以拦截水中的胶体、细菌和大分子，但还有一些对人体有害的金属离子和盐离子，就需要反渗透膜的帮忙了！小编把买到的反渗透膜揭开，发现它有两层结构：

放在电镜下观察，其中一层表面全是微孔，主要起过滤作用：

另一层起支撑作用：

膜表面孔径大小，是否均匀，是区分其质量好坏的重要指标之一。扫描电镜可以直观观察滤膜孔径以及滤膜层间结构，是评价滤膜工艺和质量的好帮手。

实际生活中，除去个别水污染的事件，一般自来水管道中的水，都能够达到标准要求。小编认为可以根据不同地区的水质和家庭需求购买净水器。如果地区水质较好，管道条件也好，那么家里可以只装一个反渗透膜，可以直饮，PP棉超滤微滤膜滤芯的对这类水的净水效用不大；如果地区水质较差，或者管道陈旧，有污染的风险，可以选择功能较多的综合性净水器，同时要记得及时更换滤芯哦！

参考文献：段文松, 王振中. 超滤膜结构参数特性的分析研究[J]. 江苏环境科技, 2007(02):13-15.

概述

在包括锂离子电池的二次电池中，隔膜是不可或缺的重要组分。其作用在于：一、隔膜本身不导电，将电池正极和负极分隔开来，防止电池出现内部短路；二、隔膜具有微观程度上的孔洞结构，利于电极液中离子的传递，保证了充电与放电过程中离子的有效迁移。

一、样品制备

小编所选用的样品为聚丙烯（polypropylene，PP）型锂离子电池隔膜，为了了解锂离子电池隔膜的相关结构，小编决定从表面和截面两种状态下进行分析。对样品进行喷金处理后，直接固定在碳导电胶上从而进行平面样品的观测，截面样品的制备同样借助了 Gatan 的氩离子抛光仪。

二、锂离子电池隔膜表面的 SEM 分析

利用ZEISS扫描电子显微镜观察锂离子电池隔膜的表面如图1，与隔膜宏观上光滑的表面不同，放大后可以发现，隔膜表面存在着大量的孔洞结构。将样品进一步放大可以发现，隔膜表面的孔洞孔径介于100至200纳米，且由表面延伸至隔膜内部。

图1. 锂离子电池隔膜表面的SEM图像

三、锂离子电池隔膜截面的 SEM 分析

锂离子电池隔膜的多孔程度直接影响着电解液的扩散速率，对电池的性能有很大的影响，因此分析隔膜内部的孔洞结构具有重要意义。图2为隔膜的截面扫描图像。由图像可知，采用 Gatan氩离子抛光仪抛光处理过后的表面平整光滑，其相对于普通剪切处理得到的截面更易获得理想的图像。隔膜内部的孔洞相互贯通，并且由隔膜表面延伸至内部。由放大图像可知，隔膜的孔洞是由数十纳米的纤维形成的。

图2. 锂离子电池隔膜截面的SEM图像

结论

通过扫描电镜对隔膜细微结构的分析，可知锂离子电池隔膜的内部存在着大量的无序孔洞结构，孔洞的尺寸在100至200纳米之间。二次电池发展至今，大量新型电池涌现，对于电池隔膜的需求也变得多样，对于功能性隔膜的报道不断发表。具有强大功能和普适性的扫描电子显微镜作为一种直观的、有效的表征手段，将在新型材料的探究中将扮演重要的角色。

序言

锂离子电池作为一种新型无污染、可再生的二次能源装置，具有输出电压高、比容量高、寿命长等优点，因此成为了手机、笔记本电脑、电动汽车以及航空航天领域的理想电源之选。正极材料、负极材料、电解液以及隔膜是锂离子电池的核心组成部分，电解液的主要作用是承载着锂离子在正负极之间的传导，组成部分包括锂盐、有机溶剂以及功能添加剂。隔膜起着隔开正、负极材料的作用，防止二者接触造成短路，其主要是由过孔的高分子聚合物薄膜构成，在实际应用过程中，锂离子电池充电/放电就是靠锂离子在正、负极材料中可逆的嵌入/脱出来完成。作为锂电池的核心组成之一——负极材料，今天就随小编来一起探究锂离子电池负极材料的神秘世界吧。

一、样品制备

为了更好地观察锂电池负极材料的内部结构，小编决定观察负极材料的截面，但是传统的截面样品制备方式或多或少地会使样品形貌失真，比如剪切的话会使样品表面产生应力，为了更好地观察负极材料的真实结构，于是小编将样品制备在挡板上，采用Gatan的氩离子抛光仪对样品截面进行抛光处理后观察。

图一：(A)、原始样品；(B)、将样品剪切合适后粘在挡板上；(C)、抛光处理后的样品

二、锂电池负极材料的SEM分析

采用ZEISS的sigma 500电镜观察样品的形貌，从图二的A图负极材料截面宏观形貌图可以看出锂电池负极材料分为上中下三层， 从图二的B图可以看出负极材料其形貌存在层状结构，从图二的C、D图可以看出出现了不同的成分衬度，代表着不同的元素分布。

图二：锂电池负极材料的扫描电镜图

三、锂电池负极材料的元素分析

结合图三的A图SEM图和能谱面分布B、C图可以看出，锂电池负极材料的上下两层主要是石墨且掺杂有硅。自锂电池问世以来，石墨一直是负极材料的主流，石墨为层状结构，层与层之间通过范德华力结合在一起，层内碳原子统统以sp²杂化的共价键结合。其具有的优良导电性和高度结晶的层状结构，有利于锂离子的嵌入与脱出，且其具有工作电压平台较低以及稳定性好等特点，但是其理论比容量仅为372mAh/g，实际生产应用的产品已经能达到360mAh/g，接近其理论比容量，因此石墨负极已经难有提升空间。硅理论比容量高达4200mAh/g，而且具有较低的嵌锂电位，然而，硅在电化学循环过程中，体积变化高达400%，严重影响其比容量、库伦效率和循环稳定性等电化学性能，因此为充分利用硅和石墨的优点，同时克服其缺点，在石墨材料中掺硅是获得高比容量负极材料的有效途径。

根据锂电池的工作原理和结构设计，负极材料需涂覆于导电集流体上。金属箔是锂离子电池集流体的主要材料，其作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来，以便形成较大的电流输出。通过图三的能谱面分布D图可以看出锂电池负极材料采用的金属箔是铜箔，这主要是铜箔具有良好的导电性、质地较软、制造技术较成熟、价格相对低廉等特点，因而成为锂离子电池负极集流体首 选。一般将配好的负极活性浆料均匀涂覆在铜箔表面，活性材料厚度为50~100um，经干燥、滚压、分切等工序，制得负极电极，铜箔在锂离子电池内既可充当负极活性材料的载体，又可充当负极电子收集与传导体。

图三：能谱面分布

结论

通过扫描电镜的显微观察以及能谱分析，可以看出该锂电池的负极材料主要由掺硅的石墨涂覆在铜箔上组成，是一种常见的锂电池负极材料，人们为了获得性能更好的负极材料，已经出现了众多类型的锂电池负极材料，但是随着大家对锂电池负极材料的研究越来越深，锂电池负极材料的种类也将更加丰富。

根据锂离子电池的形状锂离子电池可分为圆柱形的锂离子电池、方形的锂离子电池、扣式锂离子电池等，下图是锂离子电池的结构图。

图四：(A)、圆柱形锂离子电池的结构；(B)、方形锂离子电池的结构；(C)、扣式锂离子电池的结构

硒化锡是一种非常稳定和简单的化合物，并且地球表面有丰富的Sn和Se元素。硒化锡作为一个大家比较熟悉的半导体，主要研究方向是在太阳能电池以及箱变记忆合金材料方面。现今作为热电能源材料硒化锡应用方面有重大突破性研究成果。

然而硒化锡可形成多种化学计量的硒锡化合物，如SnSe，SnSe₂和SnSe₃，其中SnSe和SnSe₂有广泛的应用前景。此时就要借助SEM确定产物形貌成分，借此更好的完成制备过程的优化，指导大规模生产。

现在就让我们用蔡司热场发射电镜sigma500来看一看硒化锡的结构。

样品准备和SEM图像获取

首先让我们看一看样品。此样品邮寄之前已经分散在铝箔表面，而铝箔则固定在一角硬 币之上。所以我们制备样品只需用碳导电胶把样品固定好即可。并且因为蔡司场发射电镜优秀的低电压成像性能能有效的YZ放电，所以样品无需喷金。

下面就轮到我们的主角登场了。看看它超大的样品仓，样品多大都不成问题。现在我们只要把样品放入即可。

ZH我们应用蔡司电镜低电压成像技术，即使在1kv的条件下，也可得到清晰的SEM图片。

以下4张图为前2张为样品1的SEM图片，后2张为样品2的SEM图片。

SEM分析

首先看样品1，在低倍放大像种，可以看出产物的主要形貌为花瓣状薄片结构。在较高倍率放大像中可以看出花瓣状纳米片边缘较规整，叶片厚度不到30nm。此时对其做能谱分析可知Se和Sn所占原子分数之比大致为2：1，说明花瓣状纳米片成分可能是SnSe₂。

再看样品2，在SEM图像上可以看出产物为多层片状结构，其产生原因可能为较长的反应时间使花瓣状结构生长。

后记

胡克曾在《显微图谱》中说过，关于感官，接下来需要关注的是通过工具弥补感官的不足。我们现在所做的就是通过电子扫描显微镜了解物质的微观结构，因为微观结构决定了物质的性质。对于硒化锡来说，由于具有低热传导、储量丰富、环境友好等特质，是一种颇具潜力的热电能源材料，但其硬伤在于导电性能较弱。经试验发现其层状晶体结构在其层面内具有不错的导电性能。所以为了更佳的导电性能，在制备的过程中我们需要更长的时间以形成更多的片状结构。只有这样我们才能使其有更好的导电性能，使其作为热电能源材料有更好的应用前景。

1 连铸坯质量及内部典型缺陷类型

       连铸坯质量决定着ZZ钢铁产品的质量。从广义来说所谓连铸坯质量是得到合格产品所允许的连铸坯缺陷的严重程度，连铸坯存在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。

       连铸坯的质量缺陷主要为内部质量缺陷和表面质量缺陷,因其成因不同,控制,YZ缺陷的产生及提高质量的措施和方法也不尽相同。

       连铸坯内部缺陷主要有ZX疏松、ZX缩孔、夹杂物、气孔、裂纹、氢脆等，连铸坯质量是从以下几个方面进行评价的：

（1）连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。  

（2）连铸坯的表面质量：主要是指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。

（3）连铸坯的内部质量：是指连铸坯是否具有正确的凝固结构，以及裂纹、偏析、疏松、夹杂、气孔等缺陷程度。二冷区冷却水的合理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。

只有提供高质量的连铸坯，才能轧制高品质的产品。因此在钢生产流程中，生产无缺陷或不影响终端产品性能的可容忍缺陷铸坯，生产无缺陷或不影响结构件安全可靠性能的可容忍缺陷的钢材是冶金工作者的重要任务。随着科学技术的不断发展以及传统物理学、材料学的不断完善，连铸钢缺陷检测已经进入了纳米检测时代。扫描电镜以其高分辨率、高放大倍数及大景深的特点为连铸钢缺陷分析与对策研究提供了无限可能，使得材料分析变得更加具有科学性和实用性。扫描电镜广泛用于材料的形貌组织观察、材料断口分析和失效分析、材料实时微区成分分析、元素定量、定性成分分析、快速的多元素面扫描和线扫描分布测量、晶体/晶粒的相鉴定、晶粒与夹杂物尺寸和形状分析、晶体、晶粒取向测量等领域。电子显微镜已经成为钢铁行业在产品研发、质量检验、缺陷分析、产品失效分析等方面强有力的工具和检测手段。

2 连铸坯典型内部缺陷宏观和微观特征及形成机理简介

2.1  缩孔

缺陷特征    

在横向酸浸低倍试片上存在于铸坯ZX区域、形状不规则、孔壁粗糙并带有枝晶状的孔洞，孔洞暗黑。一般出现于铸坯ZH凝固部位，在铸坯纵向轴线方向呈现的是间断分布的孔洞。

形成机理    

连铸圆坯在凝固冷却过程中由于温度梯度大、冷却速度快和结晶生长的不规则性，局部优先生长的树枝晶产生“搭桥”现象，把正在凝固中的铸坯分隔成若干个小区域，造成钢水补充不足，钢液完全凝固时引起体积收缩，在铸坯ZH凝固的ZX区域形成缩孔。另外，拉坯速度过快，浇注温度高，钢水过热度大等都将影响铸坯ZX缩孔的大小。因连铸时钢水不断补充到液相，故连铸圆坯中纵向无连续的集中缩孔，只是间断出现缩孔。

微观特征    

缩孔内壁呈现自由凝固光滑枝晶特征，见图1。

2.2  疏松

缺陷特征    

在横向酸浸低倍试片的ZX区域呈现出的分散小黑点、不规则多边形或圆形小孔隙组成的不致密组织。较严重时，有连接成海绵状的趋势。

形成机理    

连铸过程中浇注温度过高，中包钢水过热度较大，铸坯在二冷区冷却凝固过程中由于温度梯度作用，柱状晶强烈向ZX方向生长。ZX疏松的产生可看成是铸坯ZX的柱状晶向ZX生长，碰到一起造成了“搭桥”阻止了桥上面的钢液向桥下面钢液凝固收缩的补充，当桥下面钢液全部凝固后就留下了许多小孔隙；或钢液以枝状晶凝固时，枝晶间富集杂质的低熔点钢液在ZH凝固过程中产生收缩，与此同时，脱溶气体逸出而产生孔隙；或是钢中的非金属夹杂物在热酸浸时被腐蚀掉而留下孔隙。钢中含有较多的气体和夹杂时，会加重疏松程度。疏松对钢材性质的影响程度取决于疏松点的大小、数量和密集程度。

微观特征    

不致密的自由凝固枝晶特征，常有夹杂物伴生，见图2、图3。

2.3 柱状晶发达

缺陷特征    

在横向酸浸低倍试片上，铸坯的上半弧枝晶发达至ZX，下半弧枝晶相对细小。

形成原因    

连铸结晶器内钢液的凝固热传导对铸坯表面质量有非常大的影响。研究发现随着结晶器冷却强度（热流）的增加，坯壳的不均匀程度提高。如果冷却水冷却不均匀，上弧冷却强，就可能造成上弧柱状晶发达穿透至ZX；下弧冷却弱，柱状晶就相对比较细小。

微观特征    

发达的枝晶状柱状晶其上常有小气孔或夹杂物存在，见图4。

2.4  非金属夹杂物

缺陷特征    

在横向酸浸低倍试片上的连铸坯内弧侧、皮下1/4—1/5半径部位分布有不同形状的孔隙或空洞（夹杂被酸浸掉）。在硫印图片上能观察到随机分布的黑点。

形成机理    

按夹杂物来源，非金属夹杂物分为内生夹杂和外来夹杂。内生夹杂是指冶炼时脱氧产物和浇注过程中钢水的二次氧化所生成的产物未能排出而残留在钢中的夹杂物。外来夹杂是指冶炼和浇注过程中由外部混入钢中的耐火材料、保护渣、未融化的合金料等外来产物。这些内生或外来夹杂在连铸上浮过程中被内弧侧捕捉而不能上浮到结晶器液面是造成内弧夹杂物聚集的原因。

微观特征    

连铸坯中夹杂物多呈球状、块状、颗粒状，分布在疏松、气孔、晶界等部位，见图5、图6 。

2.5  氢致裂纹

缺陷特征   

在横向酸浸低倍试片上氢致裂纹的分布形态是距铸坯周边一定距离的细短裂纹，有的裂纹呈锯齿状。在纵向试样上，氢致裂纹与纤维方向大致平行或成一定角度，裂缝的锯齿状特征更明显。在纵向断口上呈现的是椭圆形的银灰色斑点，一般称之为铸态白点。

形成机理    

氢致裂纹是由于熔于钢液中的氢原子在连铸坯凝固冷却过程中脱熔并析集到夹杂、疏松等空隙中化合成分子氢产生巨大的压力并与钢相变时产生的热应力、组织应力叠加，在局部缺陷区域产生巨大的气体压力，当超过钢的强度极限时，导致钢坯内部产生裂纹。

微观特征   

断口呈氢脆解理或准解理特征，见图7、图8。

2.6 连铸坯正常特征

宏观特征    

在横向酸浸低倍试片上无粗大的柱状晶、无裂纹、无气泡、无ZX缩孔、无夹杂物聚集、无明显的成分偏析，质量良好。

微观特征    

连铸坯正常断口形貌为粗大的解理扇或解理河流形貌特征，见图9。

图1  连铸坯心部断口中不致密的疏松和缩孔

图2  连铸坯心部断口中疏松与枝晶状硫化物

图3  连铸坯心部断口中不致密的疏松缺陷

图4  连铸坯中部断口中柱状晶及小气孔缺陷

图5  连铸坯心部断口晶界上的颗粒状碳氮化物

图6  连铸坯心部断口中光滑气孔及枝晶状硫化物

图7  连铸坯断口上的氢脆解理特征（H 5.4PPm）

图8  连铸坯断口上的氢脆解理及颗粒状氧化物

图9   连铸坯断口中正常解理形貌特征

从上世纪90年代初开始,世界范围内掀起了研究高亮度LED的热潮,以它为基础的固体照明正在迅猛发展。因为高亮度LED采用双异质结构,要求材料具有良好的晶格匹配,这个要求对用于异质结LED的材料体系提出了严格的限制。 Ⅲ-Ⅴ族氮化物半导体材料,拥有优良的光电性质,化学性质非常稳定,可在⾼高温、酸碱、辐射环境下使⽤用,并且禁带宽度大,因此在大功率的电子器件方面颇具吸引力,已引起了国内外众多研究者的兴趣。人们感兴趣的Ⅲ-Ⅴ族氮化物是AIN、GaN、InN及其合金,通过控制它们各自的组份,其禁带宽度可从InN的0.7eV到GaN的3.4eV直到AlN的6.2eV连续变化,覆盖了整个可见光区,并扩展到紫外范围,适合制备高亮度LED。

光谱测量设备采用的是卓立汉光公司自行组建的OmniPL组合式光致发光和电致发光测量系统。

测试原理

实验设备

实验结果

1.光致发光(PL)光谱测量分别针对材料的正极(红色)和负极(绿色)测试得到光致发光光谱曲线如下，GaN的本征发光峰365nm附近以及黄带，InGaN的发光峰475nm附近。

将材料的接到直流电源的正负极，电压加到2.5V时可以有明显的蓝光发射，测量其电致发光光谱曲线如下（红色），峰值在475nm附近。（绿色曲线为另一个样品ZnO的PL谱）!

（来源：北京卓立汉光仪器有限公司）

布鲁克公司（Bruker）纳米表面与量测部（BNSM）秉承与广大用户密切合作的传统，疫情后陆续在全国各地举办了多次线下用户研讨会，获得参与专家学者，老师同学们的一致好评。恰逢中国国际纳米科学技术盛会（ChinaNano 2023）在北京举办，以此为契机，布鲁克诚挚地邀请您参加BNSM北京大型用户研讨会。作为布鲁克公司的重要合作伙伴和用户，您的专业知识、经验和使用反馈对我们来说非常宝贵，我们诚挚邀请您的莅临，来共同探讨最 新的纳米仪器科学技术及其应用。

本次用户研讨会将于2023年8月28日在北京唯实酒店举行，会议的主题是"探索创新纳米科技前沿"。届时，我们将邀请来自各个领域的专家学者，分享他们在纳米技术创新和技术发展方面的研究成果和应用案例。您将有机会与相关领域专家学者面对面交流，了解最 新的技术发展和应用趋势，并与其他用户分享经验和见解。除了专 题演讲和研讨会，您还可以参观布鲁克实验室，参加操作培训等。

本次用户研讨会涉及的创新纳米技术如下：

董明东教授，丹麦奥胡斯大学跨学科纳米科学中心教授。他是一位精于表面敏感扫描探针显微镜（SPM）技术的应用物理学家。董教授通过开发多种基于SPM的定量技术，在研究纳米材料的电子、机械、热学、化学和磁性等界面现象方面做出了重要贡献，帮助研究人员更好地理解结构与功能之间的关系。他的研究成果已发表在包括Nature、Nature Nanotechnology、Nature Chemistry、PNAS等众多顶 级国际期刊上。董教授还是英国皇 家显微学会、美国化学学会、材料研究学会和生物物理学会等多个专业组织的成员，以及英国皇 家化学会的会士。

报告 1

利用原子力显微镜研究二维材料的纳米摩擦行为

摩擦是一种无处不在、且对资源利用具有深远影响的现象。本次报告中，我们将展示利用原子力显微镜（AFM）研究空气、液体环境在滑动摩擦过程中小分子的动态行为，研究它们对二维材料摩擦特性的影响。结果揭示了吸附小分子对单层石墨烯摩擦滞后性的影响。此外，我们探索了表面吸附小分子对四种过渡金属二硫化物材料纳米尺度摩擦特性的影响，突显晶格图案和摩擦力的变化，结果显示表面吸附小分子对二维材料摩擦特性的影响，并强调表面清洁的重要性。同时，我们将全面探讨二维层状材料的摩擦特性，以及它们与不同环境中的小分子的相互作用。旨在增进对于减少摩擦和摩擦起源的理解，推动新技术的发展，并为先进材料和润滑技术的发展铺平道路。

Heiko Haschke博士， 在英国布里斯托尔大学获得物理学博士学位，专注于高速原子力显微镜成像和力谱技术的开发。2001年，他加入了JPK Instrument AG，从事纳米分析仪器的开发。2004年，他建立并领导了Bio AFM应用团队。自2021年起，担任布鲁克纳米表面部的Bio AFM业务部总监，常驻德国柏林。

报告 2

从单分子到组织：多参数相关生物原子力显微镜

的应用

生物型原子力显微镜（Bio AFM）能够在生理条件下对生物样品进行各种表征，以优异的空间分辨率提供形貌信息以及对应的力学特性。Bruker Nano Surfaces Metrology以全新技术实现了在溶液中前所未有的成像速率，每秒50帧的成像速度为生命科学场景中的高速扫描设定了新的里程碑。我们将介绍高速成像的原理和应用，即如何实时地可视化蛋白结合动力学、分子与细胞的动力学过程。我们还将介绍如何通过AFM高速成像与先进的超分辨光学相结合，充分利用免疫标记技术的优势，实现真正的关联显微镜观察。通过创新的样品台设计，我们将展示有多种选择的扫描器如何将光学图像拼接和AFM多区域成像相互结合，实现在大范围上对软样品进行多参数力学特性表征，并提供额外的光学信息。最 后，我们将介绍可用于单分子、细胞和组织尺度力学测量的全新独特力谱测量方案。这些创新将能够量化单个分子的化学键力学强度，并表征分子相互作用、生物分子复合物、细胞和组织力学依赖特性。

曹毅教授就职于南京大学物理学院，于2009年在不列颠哥伦比亚大学获得博士学位。他致力于深入理解具有出色力学性能的天然生物材料的构筑原理，并设计制造具有类似或更优异力学性能的合成软材料。曹毅教授将单分子力谱技术与合成生物学、高分子化学相结合，用来解决生物材料交叉学科领域中的基本问题和应用挑战，在众多杂志杂志以通讯作者或第 一作者发表论文100余篇。

报告 3

单分子机械力化学

在本次报告中，我将从实验设计、表面修饰和数据分析等多个方面讨论如何把原子力显微镜作为一种强大的工具，在单分子水平研究机械力化学。我将重 点介绍我们近期的研究工作，即使用单分子力谱技术研究一些代表性机械力化学反应，揭示其重要的分子机制。我还将对单分子力谱技术的未来方向进行展望。

Thomas Mueller博士于2000年在耶鲁大学获得物理化学博士学位，研究领域为新型线性和非线性光谱方法的开发。在哥伦比亚大学进行博士后研究期间，Thomas进行了化学反应特异性和二维自组装的扫描探针显微镜研究。2004年，Thomas加入了Veeco（现为Bruker）的原子力显微镜（AFM）业务部门，担任科学家、应用开发和产品管理职位。自2022年起，担任AFMi、NanoIR和Nanoindentation业务部门的高级总监。

报告 4

新颖的纳米红外光谱和定量原子力显微镜揭示

纳米尺度的化学、结构、性质

自原子力显微镜（AFM）问世以来，实现纳米尺度化学识别一直是至关重要的目标。Bruker公司的光热AFM-IR光谱技术在实现这一目标上独树一帜，通过将纳米尺度空间分辨率和灵敏度与通俗易懂的物理学原理相结合，获得了与传统傅里叶红外光谱（FTIR）完 美相关的结果，在纳米尺度回答了“它是什么”的问题。Bruker公司的新Dimension IconIR系统将AFM-IR的先进光谱技术与Dimension Icon平台的高性能相结合，提供了更高灵敏度的纳米红外光谱。我们将展示如何通过该技术检测到半导体上存在的重要纳米污染物以及聚合物样品上前所未见的结果。Dimension IconIR提供了前所未有的手段，在同一位置将纳米红外光谱与定量纳米力学和电学信息相结合，包括使用Bruker专 利的PeakForce KPFM和AFM-nDMA模式进行功函数和粘弹性测量。本次报告中将介绍工业样品上的实际测试结果，其中多模态和比值成像揭示了与材料功能相关的微相信息，这是任何单一模式都无法获取的纳米尺度信息。

范峰滔教授，中国科学院大连化学物理研究所讲席教授。现任催化基础国家重 点实验室副主任，中国化学会催化分会秘书长,英国皇 家化学会会士，英国皇 家化学会《ChemComm》副主编。范教授的研究领域是异相催化、光催化和电催化，致力于通过先进的空间和时间分辨光谱理解这些过程的基本原理，在国际知名期刊上包括Nature, Nature Energy, Nature Commun., Natl. Sci. Rev., J. Am. Chem. Soc., Angew Chem.等发表了100多篇论文。

报告 5

光催化剂颗粒中电荷转移过程高时空分辨成像

高时空尺度上理解电荷分离机理是太阳能转化过程中的核心科学问题，却极具挑战。聚焦于这一关键问题，我们发展了具有高空间分辨率的表面光电压谱方法。可以利用这一方法对光催化剂颗粒上电荷分布在nm/µm尺度上进行定量研究，并揭示了有效电荷分离产生内建电场的矢量叠加效应。基于上述理解，提出了通过非对称调节策略管理电场，精 准分配催化剂反应位点的内建电场，进而提高光催化表现。进一步地，发展了时空分辨的表面光电压技术用于在单粒子水平上绘制飞秒到秒级时间尺度上的整体电荷转移过程，发现了超快热电子转移和各向异性捕获的新过程，挑战了经典模型，有助于光催化中的高效电荷分离。这些发现为合理设计具有更高性能的光催化剂铺平了道路。

苏全民教授目前就职于中国科学院沈阳自动化所。苏教授在AFM领域拥有58项专 利，其中就包括峰值力轻敲模式（PeakForce Tapping Mode）。苏教授于1988年在中国科学院获得固体物理学博士学位，并在德国KFA研究所从事博士后研究工作。苏教授于1991年加入马里兰大学担任研究助理，后成为助理教授。苏教授于1998年投身工业界，任Raytheon Systems公司首席科学家，开发了一种可用于毫米波红外探测阵列的MEMS气压计。苏教授随后于2000年加入Bruker担任高级科学家，负责AFM产品开发。2008年至2022年，苏教授担任Bruker高级技术总监。目前，苏教授继续担任Bruker纳米表面部的技术顾问。

报告 6

纳米尺度计量及其在先进制造业中的应用

先进制造领域，如半导体、OLED/LED显示和精密光学，其控制流程早已进入纳米尺度。维度、物理和化学性质的测量已成为生产工艺调整、质量控制和失效分析的重要组成部分。本次报告将重 点介绍扫描探针显微镜（SPM）以及其在计量学和制造过程中日益凸显的重要性。我们将详细讨论从亚纳米到亚米级跨尺度计量的应用需求和技术。还将讨论基于SPM的多尺度物理和化学分析的进展。

裘晓辉，国家纳米科学中心研究员。2000年获中国科学院化学研究所博士学位。曾在美国加州大学Irvine分校从事博士后研究，在IBM研究中心和俄亥俄州立大学担任访问学者。自2006年3月起，担任国家纳米科学中心研究员。主要研究方向是扫描探针显微术、纳米器件和纳米材料中的电荷动力学。2009年入选TWAS青年会员，2014年入选NSFC杰出青年学者，担任Surface Science、Advanced Materials Interfaces、Advanced Electronic Materials、Review of Scientific Instruments等杂志编委。

报告 7

探测范德华异质结构不相称界面的摩擦各向异性

纳米机械器件的快速微型化要求深入理解和控制微观滑动部件之间的摩擦。与宏观系统中，摩擦主要受界面粗糙度影响不同，纳米摩擦是由原子相互作用决定的，而原子相互作用取决于相关表面的原子结构。原子力显微镜（AFM）提供了用独立控制的参数来全面研究纳米摩擦性质的手段。本次报告中，我们将介绍采用AFM操纵技术来研究MoO3纳米片和石墨之间的界面摩擦。这两种材料都具有原子级平整表面和范德华层状结构。AFM操纵技术可以实现MoO3纳米片的特定旋转和平移，从而能够测量不同情况下的界面摩擦。我们的研究揭示了一种由扭转角度决定的摩擦行为，即摩擦力由MoO3相对于石墨表面的晶格方向决定。此外，我们还发现摩擦力与纳米片尺寸之间存在次线性关系，这表明MoO3纳米片的边缘在界面摩擦中起着主导作用。基于结合能的分子动力学模拟证实，观察到的各向异性摩擦源于MoO3纳米片的边缘而非内部接触区域。这些发现为纳米摩擦的起源提供了新的见解，并可能对纳米机械器件的设计产生影响。

孙万新博士在新加坡国立大学（NUS）获得物理学博士学位，同时拥有天津大学精密测量与仪器专业的学士和硕士学位。在新加坡国立大学完成博士后研究工作之后，他加入了生物工程与纳米技术研究所担任研究科学家。2006年底，他加入了Veeco公司，该公司于2010年并入Bruker公司。他专注于使用扫描探针技术、非线性光学显微和光谱技术进行纳米尺度物理和化学性质表征。他共发表50多篇论文，参与4本书籍章节的撰写，并获得了3项美国专 利。

报告 8

纳米材料和器件的电学性能表征

纳米尺度下对电学、电子学和振动性质的定量测量对于理解纳米材料的基本机制和其在纳米器件中的应用发展至关重要。例如，通过调节缺陷浓度来调控过渡金属二硫化物（TMDCs）的费米能级、调节堆叠二维材料的电-机械响应、表征载流子传输特性以及优化高介电常数薄膜的性能以用于纳米器件的应用。在这些性质测量中，采用扫描探针显微镜（SPM）是一个自然的选择，因为SPM可以在三个维度上实现纳米级空间分辨率。然而，由于实验方法和程序的限制，将SPM应用于物理性质测量并不直接，可能存在空间分辨率不足和定量性有限的问题。在本报告中，我们将通过一系列示例讨论基于SPM技术在纳米材料表征中的机遇和挑战，包括静电力显微镜（EFM）、开尔文探针显微镜（KPFM）、压电力显微镜（PFM）、扫描微波阻抗显微镜（sMIM）、电流成像等。

本次用户研讨会将于8月29号安排BNSM实验室参观、培训交流，名额限30人：

培训地址：布鲁克北京办公室，具体信息后续将以邮件形式告知。

我们诚挚地邀请您参加本次布鲁克北京大型用户研讨会，与我们共同推动纳米科学技术的发展。请您尽快确认参会意向，以便我们为您做好相关安排。期待在用户会议上与您见面！

如需盖章版邀请函请联系：wenwen.qu@bruker.com

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布鲁克纳米表面仪器部

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      真空冷冻干燥技术是将含水物料冷冻成固体，在低温低压条件下利用水的升华性能，使物料低温脱水而达到干燥的新型干燥手段。由于真空冷冻干燥技术在低温、低氧环境下进行，大多数生物反应停滞，且处理过程无液态水存在，水分以固体状态直接升华，使物料原有结构和形状得到Z大程度保护，Z终获得外观和内在品质兼备的优质干燥制品。由于其优点，目前真空冷冻干燥机应用非常广泛。冷阱是真空冷冻干燥机的重要组成部分。

      冷阱是冷冻干燥过程捕获水分的装置，理论上讲，冷阱温度越低，冷阱的捕水能力越强，但冷阱温度低，对制冷要求高，机器成本及运转费用高。实验系列冷冻干燥机的冷阱温度主要有-45℃左右、-60℃左右、-80℃左右等几个档次。冷阱温度为-45℃的冻干适用于一些容易冻干的产品，冷阱温度为-60℃左右冻干机适用于大部分产品的冻干，冷阱温度为-80℃的冻干适用于一些特殊产品的冻干。冷阱温度对捕水能力的影响实验表明冷阱温度从-35℃下降到-55℃，捕水能力有提升明显，冷阱温度低于-55℃，冷阱的捕水能力提升不明显。因此，在没有特殊需求的情况下，选用冷阱温度-60℃左右是理想的选择。

（内容来源于网络）

水泥是无机非金属材料中用量ZD的建筑材料之一，已成为当今世界第二大制品。自 1985 年起，ZG水泥产量 21 年来一直雄居世界DY，到 2005 年，ZG的水泥年产量已达 1.064 亿吨，占世界水泥产量的 48% 左右。世界上水泥品种已达上百种，但硅酸盐类水泥仍占主导地位。

水化反应

水泥的水化反应是一个极其复杂的过程，不仅包括熟料矿物的水化反应，还包括各种混合材的反应，此外，还涉及到微观孔结构的形成以及水分传输的过程。

硅酸盐水泥的水化产物特性在水泥的水化反应研究中具有重要的意义。水化产物的成分性质对水泥石后期强度的发展以及混凝土结构的强度发展具有决定性的影响。

硅酸盐水泥与水作用后，生成的主要水化产物为水化硅酸钙和水化铁酸钙凝肢，氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。在完全水化的水泥石中，水化硅酸钙约占 70%，氢氧化钙约占 20% ，钙矶石和单硫型硫铝酸钙约占 7%。下面对主要水化产物（水化硅酸钙和氢氧化钙）作一些介绍。

水化硅酸钙

图1 飞纳电镜下的水化硅酸钙

水泥水化产物，从占有的比例和体积看，首推水化硅酸钙（C-S-H 凝胶）。在水泥水化的后期，水泥水化反应渐趋减慢，各种水化产物逐渐填满原来由水所占据的空间。

通过扫描电镜图像观察，由于大量锚片状、纤维状 C-S-H 凝胶的交叉攀附，从而使原先分散的水泥颗粒及其水化产物连结起来，构成一个三维空间牢固结合较密实的整体，ZZ在水泥石硬化后构成水泥石强度。因此，水化硅酸钙凝胶对水泥布的强度及其他主要性质起支配作用。

氢氧化钙

图2 水泥水化产生的氢氧化钙

水泥水化反应的过程中，除了生成水化硅酸钙凝胶外，还会生成大量的氢氧化钙（CH）。

CH 微溶于水，在溶液中的浓度很快达到过饱和，并立即以六方板状或者方形晶体析出。

扫描电镜拍摄到的水泥石图像中的 CH 为层状结构、方形、片状形态，这使它对水泥石的强度贡献极少，而其层间较弱的连接，也可能是水泥石受力时裂缝的发源地。

CH 的强度很低，稳定性极差，在侵蚀条件下是首先遭到侵蚀的组分，而且它们多在水泥石和集料的界面处富集并结晶成粗大晶粒，因而界面的黏结被削弱，成为水泥基材料中最薄弱环节。

水泥是工业生产中最重要的原材料之一。水泥的水化反应过程是水泥发挥其各项性能的基础，正确地理解水泥的水化反应对于充分发挥水泥效能，选择合适的水泥使用条件，解决其在生产使用中各种问题具有重要意义。

参考文献

陈永霞. 混凝土中水泥的水化过程及主要水化产物特性 [J]. 青海交通科技, 2013(3):5-6.

      南京大学物理学院依托于国仪量子研发的金刚石量子计算教学机实验课程2019年10月17日正式开课。

1、教学机开课

南大校徽

      为了推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，实现量子力学的基础教学以及量子技术人才的教育与培养，南京大学本学期正式开设了与量子理论教育紧密结合的依托于金刚石量子计算教学机的实验课程。

实验课程现场

       该实验课程内容丰富，涵盖了众多量子力学的基础理论与经典实验，课程内容包括有：连续波实验、拉比振荡实验、T2实验、回波实验、DJ算法实验以及自由实验等。

近十多年来量子信息处理成为快速发展的新兴研究领域，如何为量子计算的未来储备人才，引起物理界和教育界的特别关注，与此同时各国政府也在积极推出政策支持量子技术的研究与教育。

2、第二次量子革命

      2014年，英国《自然》杂志吹响“第二次量子革命”的号角。以量子信息技术为代表的量子调控，是量子力学的Z新发展，其带来了“第二次量子革命”。人类对量子世界的探索已从单纯“探测时代”走向主动“调控时代”，成为解决人类对能源、环境、信息等需求的重要新手段、新技术。

      2018年9月，美国发布了量子信息发展国家战略书，特别强调了量子技术和量子科技在国家战略中的重要性。欧盟从2018年开始，投入10亿欧元实施“量子旗舰”计划。

牛津大学

       英国早在2014年就发布了量子科技发展蓝图并在牛津大学等高校建立量子研究ZX，投入约2.5亿美元培养人才。

      我国也在《“十三五”国家科技创新规划》中强调了量子技术发展的重要性，量子通信与量子计算被列为“十三五”科技规划100项重大技术与工程项目的前三位。

3、国内外现状

谷歌量子技术团队

      近日中外媒体纷纷报道，谷歌公司在一篇论文中宣称已成功演示“量子霸权”，其研发的量子系统只用了约200秒就完成了经典计算机大约需要1万年才能完成的计算任务，这一划时代的技术进展是量子计算研究也是量子技术应用的一个重要里程碑。

      谷歌已率先宣称实现“量子霸权”，IBM亦成功研制50多比特的量子计算机原型，虽然技术离真正付诸实用都还尚需时日，但美国已经在考虑对量子计算等技术领域设置出口禁令，我们不禁要问ZG如何在未来的量子技术应用领域不被外国“卡脖子”并实现lingxian？

各大公司布局量子技术

      近年来，一方面国内各大高校、科研院所不断加大科研投入，华为、腾讯、阿里巴巴等公司也在布局量子技术应用相关平台，另一方面随着量子科研的不断深入，各大高校的量子教育也在加大投入与创新，这其中，有百年历史的南京大学物理学院是国内Z早依托金刚石量子计算教学机对量子力学和量子计算进行创新实验教学和探索的高等院校之一。

4、量子教育

      现阶段，与量子技术快速发展不相适应的是，我国量子技术从业人员严重缺乏，工程技术人员对量子技术的理解不够深入、实操能力不足，这些已成为限制该技术发展和应用的严重瓶颈。

量子力学大师普朗克

       物理定律不能单靠“思维”来获得，还应致力于观察和实验。——普朗克

      人才的匮乏源于教育的缺失，更源于教育方式的桎梏，虽然目前很多高校开设了量子力学相关课程，但是现有的课程和教材从思维模式和体系结构上，大多侧重讲述物理原理和基础方案的验证性实验，缺乏类似工科专业教学的案例、教材和实验资源。

      量子力学的教育，离不开量子理论和实验的紧密结合。推进量子力学学科建设，完善和创新学科教学内容、教学方法、教学手段，不仅符合我国建设量子技术强国的国家需求，还能解决高校量子技术相关应用型人才培养的实际问题。

作为我国高等院校中创立Z早的物理学科之一的南京大学走在了这方面国内的前沿，2019年10月17日依托于国仪量子金刚石量子计算教学机的实验课程在南京大学物理学院正式开课。

5、南京大学物理学院

      南京大学物理学院是国家物理学基础学科人才培养基地，大学物理教学实验ZX是国家物理学基础学科人才培养基地和国家物理实验教学示范ZX。

百年南大

      南京大学物理学科创立于1915年的南京高等师范学校（物理学系建立于1920年），是我国高等院校中创立Z早的物理学科之一。

      百年来，南京大学物理学院追求zhuo越，名家辈出，为我国物理学发展作出了重要贡献，成为我国Z有影响的物理学科之一。在南京大学学习和工作过的老一辈物理学家有吴有训、严济慈、赵忠尧、施汝为、陆学善、余瑞璜、吴健雄、朱光亚、程开甲、杨澄中、魏荣爵、汤定元、冯康等数十位中科院和工程院院士。

6、单电子固态量子计算实验

      南京大学物理学院的金刚石量子计算教学机实验课程命名为《单电子固态量子计算实验》，由黄璞老师和孔煕老师授课，课程自10月17号正式开课，每周四周五下午和晚上上课。一周共4批次课程，每次4个课时，一人上两次共8课时完成实验课程。实验课程本学期一经推出就受到学生的热情关注，共有120多人成功选修该课程。

实验课程剪影

      物理学院的同学普遍表示通过教学机生动形象的实验课程学习，让他们更加深入理解了量子力学的相关知识，课程的开设得到了学校师生的一致好评。

7、金刚石量子计算教学机

      金刚石量子计算教学机是国仪量子为了更好地促进量子力学和量子计算相关的教学，推出的diyi款、面向大众的基于金刚石中NV色心，以自旋磁共振为原理的设备，通过控制光、电、磁等基本物理量，实现对NV色心发光缺陷的自旋进行量子操控和读出，从而实现量子计算等功能的教学仪器。

教学机功能丰富

      金刚石量子计算教学机可以帮助和促进高校、科研机构在开设、优化大学物理实验课、近代物理实验课、量子信息科学专业课程的相关工作，方便教师展示教学，激发学生的兴趣和想象力，提高学科水平和教学质量。

      基于金刚石量子计算教学机，国仪量子可以提供包括实验室建设、教学讲义、教学视频、教学课件、示范课培训等量子计算教学相关的整体配套解决方案，让学校和老师们更轻松的开设相关实验课程。

在近日谷歌宣称实现“量子霸权”的背景下，南京大学金刚石量子计算教学机实验课程的顺利开课对我国探索量子技术发展与应用具有十分积极的影响，对国仪量子在量子领域的深入研发、对南京大学在量子教育的发展创新也都有重要的意义，未来，国仪量子也将与包括南京大学在内的国内各大高校院所共同努力、砥砺前行，为量子技术人才的培养与教育、为ZG高科技的发展与创新、为量子技术科学强国做出更多贡献！

注：部分信息及图片来源于网络和南京大学官网

石墨烯因其高导电性、高导热性和高强度等优异性能而被称为"神奇材料"，它可能会彻底改变大量应用，灯泡，芯片，电池，触摸屏，还有智能手机和新能源的汽车，石墨烯可以胜任的的领域数不胜数，下面我们用显微镜相机MC50-S搭配奥林巴斯金相显微镜看看石墨烯。

显微镜相机MC50-S搭配奥林巴斯金相显微镜拍摄石墨烯

显微镜相机MC50-S

显微镜相机MC50-S采用全局快门芯片、USB3.0数据传输接口，具有较高的清晰度和灵敏度、色彩还原真实、传输数据快的优点。极其适合在弱光环境下或显微技术领域中使用，在对色彩要求高的领域表现同样优异，如：荧光成像、病理分析等。

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来源：http://www.mshot.com.cn/kehuanli/20220505.html，转载请保留出处，谢谢！