3d纳米工艺(纳米金属的照片)

12月1日《科学》杂志刊登了重庆大学科学家的重要成果：材料科学与工程学院教授、学校电子显微镜中心主任黄晓旭及其团队利用自主研发的三维透射电子显微镜技术实现了全球首次对纳米金属塑性变形的研究，发现了纳米金属塑性变形后内部晶体取向可逆转的异常现象。

这一重大发现标志着黄晓旭团队自主研发的三维透射电镜技术经过十余年的发展，从原理上正式进入成熟应用阶段，实现了纳米材料研究从二维向三维的跨越。

纳米金属材料因其强度高、耐磨性好而得到广泛应用并产生深远影响。然而，材料微观结构变化与其宏观性能变化之间的因果关系仍有待科学研究揭示。然而，传统的透射电子显微镜技术只能观察材料内部三维结构的二维投影。科学家们一直在寻求一种能够高精度表征纳米材料三维结构的新技术。

黄晓旭团队长期致力于先进表征技术和纳米金属的研究，并于10多年前提出了利用透射电镜直接三维定量表征纳米晶材料的新方法，——透射电镜三维取向重建技术。该开创性技术的相关原理也发表在2011年的期刊《科学》上。

“我们花了10年的时间才从理论上实现这项技术的应用。”黄晓旭表示，看似简单的三维图像，实际上是从数十万张透射电镜照片中合成提取晶体取向信息而得到的。

为了让这项技术高效、准确、实用，黄晓旭团队进行原创技术研发，在硬件上开发了电子显微镜电子光学及图像采集控制系统，提高了电子显微镜高质量数据采集的速度。显微镜；并开发了高效的数据处理分析和三维重建系统软件，从而将纳米材料的内部结构从二维图片变成了三维图。利用这些原创技术，他们成功开发了一系列基于电子衍射的三维透射电子显微镜技术。其中，透射电子显微镜三维定向重构技术的空间分辨率为1纳米（一纳米相当于百万分之一毫米）。这些技术填补了纳米级三维取向重建技术的空白，将极大地推动三维材料科学的发展。

“三维透射电子显微镜技术是我们为研究纳米材料创造的一把满意之剑。”重庆大学材料科学与工程学院教授、电子显微镜中心副主任黄天林表示，有了这个强大的工具，分析纳米材料的成分成为可能。纳米材料的单个小晶体被准确地描述。这不仅为建立微观结构与性能关系的新理论模型奠定基础，也为开发控制和优化纳米材料结构与性能的新方法提供指导。同时，与材料科学领域已经应用的X射线三维表征技术相比，透射电镜三维定向重构技术将空间分辨率从微米级提升到纳米级。

黄晓旭团队还首次利用透射电镜三维取向重建技术研究纳米金属的塑性变形，发现了纳米金属塑性应变能够恢复的异常现象。这一新发现丰富了纳米金属塑性变形理论，将为先进纳米结构材料的研发、纳米材料服役行为的预测与控制以及微纳器件功能的优化提供指导。

“目前，我们正在准备转化三维透射电子显微镜技术的成果。”黄晓旭表示，他们计划将已开发的相关软硬件技术进行有机整合，使集成的集成技术可以直接安装在传统透射电子显微镜上，赋予传统透射电子显微镜三维表征能力，助力材料研究等领域汽车制造、航空航天、微电子设备。 （李勇）