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| 納米表征技術的新突破 |
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| 2004-6-14 中國科普網 |
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在“納米”技術愈來愈廣泛地開發應用的同時，人們可能會提出這樣的問題∶如此微小的“納米”是用何種科學手段檢測的？北京科技大學方克明教授經過20多年的研究，探索出了一種新的方法———
“納米”這個名詞越來越引起人們的興趣。大家知道“納米”是一個非常微小的長度單位。具體地說，一納米約一根頭發粗細的萬分之一。納米技術應用到傳統產品中，會極大地改善產品的性能。例如，碳納米管是由一層或若干層碳原子卷曲而成的管狀“纖維”，直徑只有幾到幾十納米。比重只有鋼的六分之一，而強度卻是鋼的100倍。如果把碳納米管制成繩索，是從月球上掛到地球表面而惟一不被自身重量所拉斷的繩索。
在“納米”技術愈來愈廣泛地開發應用的同時，人們可能會提出這樣的問題∶如此微小的“納米”是用何種科學手段檢測的？據了解，目前我國用來檢測納米的納米表征技術正日趨成熟并取得了新的突破。
記者日前在采訪中了解到，北京科技大學冶金學院博士生導師方克明教授經過20多年的研究，在納米表征技術方面取得了新的突破，探索出了用透射電鏡或高分辨電鏡對納米材料進行表征的新方法。該技術采用金屬包埋法可以從納米材料中切取納米尺度的薄膜，然后用透射電鏡或高分辨電鏡研究納米材料的微觀形貌和微觀結構。該技術的成功為我國納米技術的發展提供了一種重要的檢測手段，它榮獲第十二屆全國發明展覽會金牌獎并取得了國家專利，目前在國內外處于該領域的領先水平。
納米材料包括納米顆粒及其以納米顆粒為基礎的材料；納米纖維及其含有納米纖維的材料；納米界面及其含有納米界面的材料。納米材料的性能與其微觀結構有著重要的關系。因此研究納米材料微觀結構的表征對認識納米材料的特性，推動納米材料的應用有著重要的意義。
透射電鏡是研究材料的重要儀器之一，在納米技術的基礎研究及開發應用中也不例外。但是用透射電鏡研究材料微觀結構時，試樣必須是透射電鏡電子束可以穿透的納米厚度的薄膜。單體的納米顆粒或納米纖維一般是透射電鏡電子束可以直接穿透的。研究者通常把試樣直接放在微柵上進行透射電鏡觀察。但是由于納米顆粒或納米纖維容易團聚，因此，用這種方法常常得不到理想的結果，有些研究內容也難以實施。比如∶納米顆粒的表面改性的研究，納米纖維的橫切面研究都比較困難，研究界面問題則有更大的難度。因此，納米材料的透射電鏡研究，其樣品制備問題是一個值得探討的重要課題。對此，方克明教授進行了研究，探索了一種比較適用的制樣方法。該方法可以從納米顆粒或微米顆粒中直接切取可以進行透射電鏡研究的薄膜，對進行納米纖維橫切面觀察或納米界面觀察的制樣也有很高的效率。
這一技術的特點是從納米或微米尺度的試樣中直接切取可供透射電鏡或高分辨電鏡研究的薄膜。試樣可以為簡單顆粒或表面改性后的包覆顆粒，對于纖維狀試樣，既可以切取橫切面薄膜也可以切取縱切面薄膜。對含有界面的試樣或納米多層膜，該技術可以制備研究界面結構的透射電鏡試樣。技術的另一重要特點是不損傷試樣的原始組織。制膜過程中不使用高溫，不接觸酸堿，必要時也可以不接觸水或水溶液。
目前上述技術已應用于多項課題研究，如：沸石顆粒中半導體納米團簇組裝過程的研究；納米碳纖維微觀結構的高分辨電鏡研究；納米顆粒微觀結構與尺寸的表征；多層膜層間結構的透射電鏡研究；粉體顆粒表面改性的研究；電容鉭粉顆粒滲氧層及介質膜的研究；鑄鐵中各種石墨微觀結構的研究等。
該技術在全國已經獲得了廣泛應用，為北大、清華、中科院等上百個新材料科研課題組和企業提供了技術支持。為我國高新材料的深入研究提供了一種重要方法，引起了國內外的關注。
納米表征技術是高新材料基礎理論研究與實際應用交叉融合的技術。對我國高新材料產業的發展有著重要的推動作用。我們希望這項新技術能得到有關部門的關注并在全國更廣泛地推廣應用，以加速我國高新材料研究的進程，為我國高新技術產業的發展作出更大的貢獻。
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