透射电镜原子成像新技术在材料科学研究中的应用

摘要

本文首先对现代透射电子显微技术（TEM）的最新发展作重点介绍,这些新技术包括：出射波函数重构,物镜上带有球差（Cs）矫正器的高分辨电镜,带有单色器的具有高能量分辨率的电子能量损失谱（HREELS）,高分辨扫描透射电镜（HAADFSTEM）以及记录动态过程的透射电子显微技术。之后介绍我们在湖南大学用普通高分辨电镜为基础建立的原子成像技术平台,并举例说明这些原子成像技术可以为解决材料科学哪些关键问题带来突破。关于透射电镜的新发展,通过讨论原子像的最佳成像条件着重强调图像解释问题以及定量结构分析。关于新透射电子显微技术的应用,我们首先演示一些在介电陶瓷薄膜、纳米孔器件以及其它材料研究方面得到的非常突出的具有代表性的实例。然后重点介绍我们课题组最近利用原子分辨率TEM图像和定量结构分析在研究铝合金方面的最新成果。我们研究的铝合金包括6xxx系AlMgSi（Cu）合金、7xxx系AlZnMg（Cu）合金和2xxx系AlCuMg合金。这些铝合金是现代文明的重要材料,与我们的生活息息相关,是现代汽车、高速列车、飞机和航天飞行器制造的主要材料。人们对这些铝合金的研究和制造已有半个世纪到一个世纪以上的历史,但这些材料中的一些基本科学问题尚未解决或者说尚未完全解决。使这些铝合金性能优异的内在强化相的结构与演变问题及其与合金性能的本征关系问题,就属于尚未解决或尚未完全解决的基本科学问题。这些问题的解决主要受到了测量技术的限制。现代原子成像技术的发展和突破为解决此类问题提供了可能。