关注公众号

关注公众号

手机扫码查看

手机查看

喜欢作者

打赏方式

微信支付微信支付
支付宝支付支付宝支付
×

燕山大学刘鑫刚教授:打破微观表征与宏观描述的壁垒

2023.4.17

  在辽阔的自然界中,壮丽绝伦的景观无所不在,但微观世界却是一个饱含着神秘和惊奇的奇妙领域——这里涵盖着千姿百态的绚烂色彩、瑰丽壮观的纹路和形态,艺术和科学在这里交相辉映,呈现出美的本质。惟有借助科学的方法和特定的仪器,才能探寻这个神秘的维度,发现无穷无尽的美丽。

  在微观世界中,一切美景都蕴藏着科学和艺术的奥妙,这是一个富含惊喜和想象力的领域。微观世界带给我们数不胜数的美妙景象,但我们惟一所欠缺的,便是发掘这些微观世界之美的洞察力和眼光!

  最近,燕山大学刘鑫刚教授凭借其作品《层峦叠嶂》获得了牛津仪器发现微观之美结果大赛的二等奖。为此,分析测试百科网采访了刘老师,请他来分享微观世界的奥秘。

171857_202305041809261.jpg

层峦叠嶂

  微观组织往往决定着材料与产品性能的高低,限于尺度问题,无论是金相,还是扫描电镜、透射电镜等测试手段,通常只表征单个视场的局部信息,与其宏观尺度的外形、性能等相比,显微表征的代表性以及统计意义往往受到质疑,尤其是各区域微观组织差异性较大时。因此,如何全面反映产品的微观组织信息,并力图建立试样坐标系与显微组织的关系,显得尤为重要。

  燕山大学的刘鑫刚教授采用了高通量表征技术对使用激光熔覆增材技术制备的三层308L不锈钢样品进行了研究。刘教授利用牛津仪器AZtec的大面积拼接(LAM)功能,一次性获得了试样整个截面全部区域的晶体学信息,这些数据清晰地展现了晶粒的全貌以及取向信息,如同层峦叠嶂一般壮观。这种方法有效回应了显微表征的局部区域限制,突破企业产品制造与实验室研究工作有效性的瓶颈,更好推动科研工作服务经济主战场。

  Antpedia:当前的研究领域和近期的成果进展?

  刘鑫刚:经过多年积累,我们团队研究领域中形成了针对显微表征的两个主要的特色研究方向:动态原位分析和全域高通量表征。这里的动态原位分析是指将具有拉伸、加热的原位试验台放到扫描电子显微镜中,并结合EDS、EBSD探测器对感兴趣的区域进行加载、加热状态下原位表征。而利用牛津一起设备的全域EDS-EBSD表征技术可以实现高通量微观结构分析,如我在本次牛津仪器发现微观之美结果大赛的获奖作品所示。

  产品的加工是在复杂的多个不均匀物理场下进行的,比如一个用于飞机的航空模锻件,其制造过程中任意时刻的温度场、应变场、应变速率等都不均匀,最终得到的组织各区域亦有较大的差别;3D打印过程由于加载路径的先后,亦产生不均匀的温度场分布。如何准确描述各个区域的晶粒、组织等信息,对于产品质量的提升以及安全服役都有着重要的意义。

  为了解决这个问题,我们借助了基因工程的思想。通过光学显微镜、扫描电子显微镜和EBSD技术进行了三个级别的分析工作,实现了高通量表征。特别是在EBSD下的高通量表征,基于牛津公司的LAM功能模块实现的全域分析,与现有微区分析技术相比,我们团队可以在长30-40 mm、宽6 mm的EBSD样品上实现一次性全域晶体学信息的采集与表征。目前,我们正在与相关企业沟通,希望将LAM应用于某些产品的微观组织全域表征与分析,以实现更高水平的质量控制和产品设计优化。

  Antpedia:恭喜您获得牛津仪器发现微观之美结果大赛二等奖,请您谈谈获奖感言。您的作品《层峦叠嶂》包含了哪些理念?

  刘鑫刚:《层峦叠嶂》是我们众多科研成果之一,其核心理念是要打破微观表征与宏观描述之间的瓶颈。我们运用了基于LAM功能模块获取海量的数据,并期望利用大数据的思想进行建模,旨在寻找新的材料表征与分析方法,并将其应用于指导工业生产。

  Antpedia:您负责主持参与了许多国自然面上、国家重大专项、企业合作项目,这些研究中您使用哪些牛津仪器的设备,它们哪些特点,对您的科研工作有哪些帮助?

  刘鑫刚:在此要感谢牛津仪器设备公司与天津德迈希科技有限公司共建实验室提供的仪器设备支撑,该实验室的扫描电镜配备了一款牛津仪器的全能型CMOS-EBSD系统——Symmetry。EBSD是材料研究中常用的表征技术之一,可提供晶粒尺寸、晶界分布、织构等丰富的晶体学信息。极限采集速率是评价EBSD性能的重要指标之一。Symmetry系统具有高速和高灵敏度的双重优势,能够快速、准确地表征晶体材料的显微组织,这对于动态原位分析、高通量EBSD表征尤为重要。

  Antpedia:您觉得当前或者未来哪些技术的进展/仪器功能的开发将有助于推动“先进航空材料与成型制造”的快速发展?

  刘鑫刚:我认为原位技术是未来最重要的材料表征技术之一。目前的科研工作中,我们主要利用扫描电镜进行了介观研究,未来结合透射电镜的微观表征以及与扫描电镜的联动,以实现微观机制的跨尺度原位表征与分析技术,是未来电镜分析的重要方向。

  牛津仪器主办的显微分析成果大赛——发现微观之美活动围绕“突破技术革新之路,挑战显微分析至高极限;尽享科学研究之美,发现科研路上风景独好”为主题,力求作品既能体现科技创新及表征难度,又兼具配色明快,见之爱之,希望可以通过发现微观之美大赛活动,推动研究人员对包括能谱、EBSD等显微表征及分析技术的了解及掌握,鼓励更多科研人员醉心其中发挥出现有分析设备的极限。

本文相关厂商
推荐
关闭