聚焦材料与生命科学应用前沿|2021年全国电子显微学学术年会大会报告

仪器信息网、中国电子显微镜学会联合报道：2021年10月15日，由中国电子显微镜学会主办、南方科技大学承办的“2021年全国电子显微学学术年会”在东莞市会展国际大酒店龙泉厅隆重召开。本届大会的主题是“显微学揭开新视野”，大会为期三天，吸引了来自高校院所、企事业单位等电子显微镜学领域专家学者1300余人出席。

大会现场

大会开幕式由中国电子显微镜学会理事长韩晓东主持，大会承办方南方科技大学副校长杨学明院士、大会主席浙江大学张泽院士分别致辞。

中国电子显微镜学会理事长韩晓东 主持开幕式

大会承办方南方科技大学副校长 杨学明院士 致开幕辞

中国科学院院士、大会主席张泽 致开幕辞

大会分为大会报告和10个分会场报告。开幕式后进入大会报告环节，大会报告共分为五个阶段，依次由中国科学院金属研究所研究员马秀良，中国科学院院士、大会主席张泽，北京大学教授高宁，北京工业大学教授韩晓东，重庆大学教授黄晓旭主持，十一位著名学者、相关仪器设备厂商专家代表分别为大家呈现了精彩的报告。

五位大会报告主持人

报告人：中国科学院院士 浙江大学教授 张泽

报告题目：高温/高应力条件下先进材料的扫描电子显微学研究

张泽院士从为什么要高温、高应力谈起，讲解了这两个条件对于高端先进材料结构性能研究的重要意义，并分享了这两个条件下，扫描电子显微学能做哪些事情。重要意义方面主要分享了两个案例，一是航空发动机的材料面临的非常难的挑战，便是材料如何能长时间承担起高温和高应力的考验；二是近来全国面临拉闸限电背后的主要原因也与之息息相关，我国电力约70%依靠火力发电，而热效率每增加1%，一台80万机组全寿命将减排达100万吨二氧化碳！而高性价比高温合金的设计及制备才是关键技术，火力发电的出路也绕不开“高温”。

以上实际需求下，相关材料急需发展，而发展材料首要解决的问题就是高温、高应力给材料的性能带来了什么。同样的材料不同的温度、不同的应力下，性能完全不同，以往力学实验无法解决诸多尚存的科学问题，主要原因是以往都是事后“离位”结构分析，性能测试“脱离”了结构分析，这样的分析因看不到全过程，成为“事后诸葛亮”，也无法原位跟踪全过程性能对应系统研究。解决的方案便是在多场耦合作用下实现从宏观到微观上跨尺度性能-结构一体化研究，关键的技术就是要实现应力、温度和时间共同耦合作用下性能和结构之间的关系研究，即近工况条件下实现“三位一体”研究，进行原位表征。

基于此，团队开展了高温原位扫描电镜研发，并在祺跃科技成功转化。祺跃科技历时三年研制出的原位高温扫描电镜成为首台实现1400摄氏度下高分辨成像，并与原位高温拉伸系统联用的扫描电镜，突破了当前主流扫描电镜无法实现的测试参数，为高温材料的研制提供了新方法与途径。

报告人：中国科学院院士 南方科技大学教授 张明杰

报告题目：Molecular-and meso-scale level organization of neuronal synapses

张明杰院士首先回顾了神经科学的发展历程，100多年前，科学家就用显微镜观察了老鼠和猫大脑里的神经细胞（神经元）。显微镜下，可以看到神经元的分裂达到了极限。神经元结构大致可分成细胞体和突起两部分，每个突触类似一个微型处理器，是神经元之间相互交流信息的地方。我们大脑中大致包含860亿个神经元，每个神经元又包含了数千个突触，可以想象由此相互形成的一个如此复杂的网络，很难以数学的方式进行清晰的描述。神经学科便是通过各种研究方法，去探寻生命的奥秘。

60余年前，电镜就观测到神经元的基本信号接受和处理单元，但是我们仍然不知道突触是如何在我们的大脑中形成和改变。虽然能看到每一个神经元，但通过观测所有神经元去勾勒出整个大脑的神经网络非常具有挑战性。但科学家不会因为复杂而止步，并开展系列相关工作。

冷冻电镜技术的出现使我们对突触的理解发生了革命性变化，利用冷冻电镜对突触及连接突触分子的结构进行解析，对突触实现了原子水平的认识。随之也需要去解决系列问题，如PSD如何自主形成？PSD如何响应刺激而改变？如果PSD的形成在我们的大脑中受到干扰会发生什么等。接着，张明杰院士分享了其团队针对以上科学问题开展的系列研究，相关研究成果包括理解细胞的功能、理解病人的发病几率，以及为开发药物开启新的思路等。

报告人：捷欧路（北京）科贸有限公司 产品企划部部长 袁建忠

报告题目：时空的交会——高空间分辨率与高时间分辨率的透射电镜技术进展

袁建忠首先回顾了日本电子在空间分辨和时间分辨透射电镜技术上取得的不断创新，如球差电镜方面日新月异，从2009年推出ARM200F系列，到最新的ARMF300F2，其独特优势包括新式冷场发射枪，世界唯一的12极子球差（Cs）校正器和自动校正软件等。最新一代的冷场发射枪不仅提高了抗震性能和稳定性，且效率大大提高，并在新能源材料锂电、石墨烯、二维材料、硫化物等方面表现不俗。其他新特点还包括压电陶瓷的漂移补偿、针对敏感材料低剂量情况下的OBF技术等。最后分享了日本电子在时间分辨透射电镜技术方面取得的进展，并介绍其三个能够用到普通电镜上的超快技术，分别为EDM技术、relativity技术和Luminary Micro技术等。

报告人：日立科学仪器（北京）有限公司 经理 张希文

报告题目：日立FIB-SEM双束（三束）系统介绍

张希文从日立FIB-SEM的加工功能、TEM样品制备应用、特殊选配项三方面进行了介绍。首先以5G关键材料、陶瓷电容内部结构观测及EBSD分析、多层陶瓷电容的大面积加工与3D观察、介电体观察等为例介绍了日立FIB-SEM的加工功能，并分享了FIB与IM应对大面积加工的需求情况。接着介绍了TEM样品制备流程，以及日立FIB-SEM在碳化硅-金刚石复合材料界面结构的观察、InGaN/GaN多重量子阱的观察、GaN纳米线观察等案例中的应用。最后介绍了侧插样品台、真空转移样品杆、真空转移系统等特殊选配项。

报告人：中国科学院院士 松山湖材料实验室教授 汪卫华

报告题目：单质金属玻璃的制备和研究

报告中，汪卫华院士谈到，非晶合金独特的原子结构使其具备优异的性能和广泛的应用前景，具有高强、高韧、催化、热塑性、耐腐蚀等特性。近几十年，非晶合金的主要研究方向包括新的体系发现、新的加工体系和新的应用场景。但目前非晶物质的结构、非晶形成能力GFA以及非晶态物质的本质等已成为研究瓶颈，非晶合金化学元素多样性、成分起伏、拓扑起伏导致瓶颈问题的研究变得更复杂，而攻克瓶颈问题的最佳研究对象就是单元素非晶。

1960年，人类制备出第一个非晶合金：Au-Si非晶合金；半个世纪，已开发出超过1000种非晶合金，但单元素非晶研究进展缓慢。制备单元素非晶的难点主要在于晶体形核和长大速率极快，难以抑制；单元素非晶极不稳定，即使获得也可能迅速晶化，难以用于科学研究。早期研究制备单元素非晶主要包括物理快冷和化学方法，而近期集中于高压快冷、气相沉积和超细液滴极冷的方法。在1984年，B₂O₃作为助熔剂引入非晶合金领域。利用助熔剂实现了Al基非晶的尺寸突破，助熔剂还可去除杂质、降低熔点、提高热稳定性等。

基于此，汪卫华院士研究发现借助于激光快速冷却技术和传统的助熔剂处理方法，可以实现最难玻璃化的，几乎所有稳定金属单元素非晶制备，并在室温下保持较好稳定性。同时，单元素非晶可为非晶领域的基础理论研究提供理想样品；利用助熔剂有望开发更多非晶合金体系，提高非晶合金性能。

报告人：中国科学院金属研究所研究员 卢磊

报告题目：梯度纳米结构材料及塑性变形

轻量化、高强度、高稳定性是新材料发展的重要需求，但是传统材料普遍存在着性能之间的倒置（trade-off），对于结构材料，强度和塑性、韧性以及导电性等性能之间的这种倒置已严重限制了金属材料的多功能化发展方向。所以近年来，大家的关注点逐渐从材料的均质化向非均质化发展，通过初始的微观结构设计，使材料结构非均质化。卢磊研究员报告分享了一种典型的非均质结构，即梯度结构。

卢磊研究员报告中主要从梯度纳米晶、梯度纳米孪晶、梯度位错胞三种典型梯度结构展开，分别介绍了对应研究进展。相关研究结果包括可控物质制备的合成方法、卓越的机械性能、新的变形机制、显微结构特征，以及新的技术和方法等。

报告人：中国科学院生物物理研究所研究员 孙飞

报告题目：扫描透射电子显微镜技术在生命科学研究中的应用

孙飞研究员首先回顾了从2006年首次参加全国电子显微学学术年会以来，自己伴随中国电镜事业的快速发展。接着介绍了生物物理所生物成像中心概况，该平台一方面为各研究组提供相应成像技术服务，同时也开展系列技术开发，发展一些新的技术与方法。开发的比较特殊的技术包括：数据采集系统、样品支持载网、国内最早的冷冻聚焦离子束技术、光电联用成像技术、体电子显微学、超分辨荧光成像技术。并分享了扫描透射电子显微镜技术在生命科学研究中的应用。

另外，孙飞研究员介绍了近两年在广州生物岛实验室兼职以来，在电镜装备方面开展的系列工作进展。基于临床检测的病理检测实际需求，开发了高通量全自动病理切片扫描透射电镜，指标主要是基于30kV，做到0.9nm分辨率。最终攻克系列核心技术与部件，实现设备国产化率90%以上。

报告人：赛默飞纳米港全球应用总监 Erwan Sourty

报告题目：扎根中国 服务中国——赛默飞电子显微镜解决方案

Erwan Sourty首先介绍了赛默飞在中国的发展足迹，1970年进入中国，2000年建立中国创新中心（研发）、2020年成立中国客户体验中心（纳米港）等。目前在中国超7000员工，设立8家工厂，超3000平米创新中心等展现了赛默飞扎根中国、服务中国的决心。电镜业务方面包括170名员工、140名经验丰富工程师遍布全国十多个城市等。接着详细介绍了2020年成立位于上海的中国客户体验中心（纳米港）及从Micro CT到冷冻电镜的多尺度跨学科分析模式与最新技术及应用成果进展。

报告人：泰思肯贸易（上海）有限公司应用部经理 朱新利

报告题目：TESCAN Xe PFIB在材料加工中的最新进展

2021年正值TESCAN创立三十周年，朱新利首先介绍了TESCAN超60年的电镜制造经验渊源与成立三十年发展历程。接着主要讲解了TESCAN Xe PFIB在材料加工中的最新进展。相比GaPFIB在材料加工中遇到的加工尺寸限制、镓注入污染、非晶化损伤等挑战，XePFIB具有优势包括实现特殊结构高质量界面制备（引入silicon mask作为保护层）、高效高质量界面加工（引入摇摆样品台）、避免镓离子注入对材料性能的影响等。最后分享了XePFIB在锂电、微纳米加工等应用案例。

报告人：上海交通大学教授 贾金锋

报告题目：量子材料的制备与调控

量子材料主要包括拓扑材料、二维材料以及一些人造低维材料，只要材料的性质由量子效应主导即可称之为量子材料。材料是人类文明发展程度的标志，由此，人类文明可以划分为石器时代、青铜时代、铁器时代直到现在的硅时代以及未来的拓扑时代。但材料的使用并不取决于人的意愿，而是取决于人类的对材料的控制能力，正是通过对材料纯度和杂质的控制，人类制造出了高纯度的单晶硅并进入了半导体时代。

贾金锋教授认为，将来如果人类能够实现电子、相位的控制，人类文明将进入拓扑时代。基于此，贾金锋教授利用通过STM和MBE结合，分别研究了如何通过温度、应力、磁场和临近效应实现对量子材料的制备和调控。相关研究调整了单层WTe2的能带结构，并通过应力变化实现了半金属-绝缘体转变；验证了拓扑性质对应力的鲁棒性；成为了Bogoliubov费米面的第一个直接证据；为对密度波和FFLO态的STM研究铺平了道路；提出了一种控制超导体拓扑相位的基本新方法和研究Majorana束缚态的新平台。

报告人：北京工业大学教授 韩晓东

报告题目：原子分辨的力学实验系统与高强高韧材料设计

韩晓东表示，强韧性是材料的基本力学性能，是国家重大结构工程选材的重要依据。虽然均质纳米材料在提高材料强度方面取得了显著进步，但出现了强度与韧性倒置的科学问题，“强塑性难以匹配”瓶颈难以突破。故非均匀纳米结构材料的设计理念，便是实现强度和塑性的同时提高。如何理解这些应力-应变行为？如何揭示前应力-背应力？系列最新研究成果展现了原位实验、电子显微学可视化信息的重要性。

接着从霍尔佩奇效应极限和晶界塑性机制、面心立方金属中新的孪晶机制、宽温区-原子分辨力学实验系统、高强韧性材料新体系、原子分辨多功能实验系统等方面详细介绍了团队开展的系列研究工作，相关成果包括：通过百实创成功转化原子尺度原位力-热耦合测试系统；首次通过实验发现 W 中的 BCC-FCC 相变；发现新形成的FCC相中的位错行为，证实了位错活动对裂纹尖端塑性变形的重要影响等。

除了大会报告，10月15日下午、10月16日下午、10月17日全天， 10个分会场精彩内容将悉数呈现，同时，大会还将颁发优秀青年学者奖、评选优秀学生论文奖与优秀Poster奖、为第十二届中国电子显微摄影大赛获奖者颁奖、颁发各分会优秀报告奖等。

大会合影留念

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