項目成果
可控氣氛下原位實時表面形貌追蹤技術：掃描電子成像技術允許在一定氣氛下對樣品微區成像，因此環境掃描電子顯微鏡（Environmental scanning electron microscope, 以下簡稱為環掃顯微鏡）可以被改裝並應用於可控氣氛下實時觀測反應中樣品表面動態過程。基於該特點的環掃顯微鏡為催化與材料科學以及新型微電子器件的研究提供了一種原位手段。環掃顯微鏡可以在寬泛的成像倍率下（納米至微米尺度下）實現實時觀測樣品在高溫低壓條件（太空環境）下的變化、多項催化反應過程中催化劑表面的變化、二維納米材料CVD生長過程、單晶金屬合金的生長、電池電極在工作狀態下的形貌變化。因此，環境掃描電子顯微鏡可為上述相關領域提供直觀準確的實時動態信息。在優化實驗條件、提高工作效率、探索機理等方面具有不可替代的作用。
近年來，隨著原位電子顯微鏡技術的發展以及二維功能納米材料的成熟，對催化的研究逐漸逼近對催化本質的探索。表面科學是研究催化的基礎，因此在納米尺度下實時觀測催化劑表面在反應過程中的動態變化，為研究人員所渴望。當前，低能電子顯微鏡（Low energy electron microscope）為主流原位觀測表面形貌的手段。然而，受電子成像方式與入射電子束能量的制約，低能電子顯微鏡只能實現高真空環境下觀測，對於一定氣氛下的真實催化過程無法捕捉。此外，低能電子顯微鏡對樣品表面要求較高，一般需要單晶樣品。環掃顯微鏡主要用於對生物樣品或特殊樣品的常規表徵，可實現特定氣氛下觀測。因此環掃顯微鏡可改裝為在可控環境氣氛下工作的實時表面形貌觀測儀器。
項目前景
如前所述，除催化領域外，環掃顯微鏡在材料與新型微電子器件領域有著廣泛的應用前景。特別是針對單晶高溫合金（內外涵道發動機葉片）的生長有著極其重要的指導意義。如在特定氣氛下退火過程中鎳基高溫合金表面的晶界遷移行為。由於環掃顯微鏡可提供寬泛的實時觀測環境（高溫、可控氣氛），故該技術可以精確高效地摸索出單晶高溫合金製備的最佳條件。配合背散射電子探頭、高分辨透射影像和X射線元素分析，可以精確的給出單晶高溫合金去合金化行為，為探索高溫合金的工作極限條件提供精細定量的數據支持。因此該設備有望為困擾我國多年的航空發動機技術提供可靠的技術支撐。
此外，環掃顯微鏡還可模擬太空環境（高溫、低溫、高真空度），為探索衛星芯片在極端太空環境下所遇到的微觀金屬遷移問題提供了新的觀測手段。
綜上所述，環境掃描電子顯微鏡是一種應用廣泛的表面實時觀測設備。憑藉該設備可為催化與材料領域的研究提供精準的微觀實時影像信息，為了解問題的本質提供了有力的技術支撐。
項目進度
中試階段。
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