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12月19日-22日，大灣區(qū)顯微科學(xué)與技術(shù)聯(lián)盟2024冬季論壇在松山湖材料實驗室舉行，一百余位業(yè)內(nèi)權(quán)威專家齊聚，共同探討了近使役條件下材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵問題。會上，大灣區(qū)顯微科學(xué)與技術(shù)研究中心最新引入的國儀量子SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)受到了廣泛關(guān)注。

大灣區(qū)顯微科學(xué)與技術(shù)聯(lián)盟2024冬季論壇會議現(xiàn)場

與會嘉賓參觀SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)（后排參觀嘉賓從左至右分別為：朱敏潔、馬秀良、張澤、陳立東、吳波、楊立新）

高溫合金、耐熱鈦合金等先進結(jié)構(gòu)材料對高效能源轉(zhuǎn)化裝置的發(fā)展具有決定性作用，是影響國防安全與高端制造業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性關(guān)鍵材料。對這類先進結(jié)構(gòu)材料的研究而言，傳統(tǒng)的力學(xué)性能測試與顯微結(jié)構(gòu)分析往往是分開進行的，這讓我們難以真實了解材料在實際服役條件下的行為規(guī)律。

為了解決在使役條件下對材料性能與顯微結(jié)構(gòu)間關(guān)系的研究難題，國儀量子基于自主研制的超高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡SEM5000X，結(jié)合祺躍科技的原位蠕變測試系統(tǒng)，打造了國內(nèi)首套全國產(chǎn)的蠕變電鏡系統(tǒng)。

那么，蠕變電鏡究竟是一套什么樣的系統(tǒng)？能為材料科學(xué)研究帶來哪些創(chuàng)新呢？

什么是蠕變電鏡？

國儀量子電鏡解決方案部經(jīng)理鄭健萍介紹，SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)不僅是臺高分辨的電鏡，還是一套先進的材料研究平臺。它通過“空間換時間”的方法，將傳統(tǒng)固定在電鏡內(nèi)部的原位儀器革新到電鏡腔體之外，從而滿足上百小時、甚至上千小時的材料性能與微觀結(jié)構(gòu)的同步實時表征。

SEM5000X蠕變電鏡性能如何？

這套蠕變電鏡系統(tǒng)性能卓越，SEM5000X實現(xiàn)了0.6 nm@15 kV和1.0 nm@1 kV的超高分辨率成像。當(dāng)配合蠕變系統(tǒng)后，它能8×10-4Pa真空度下，連續(xù)100個小時，對材料施加最大4000N的力、最高1200℃的溫度耦合加載，實時觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)變化。

能用于哪些研究？

目前，SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)可以實現(xiàn)室溫條件下的拉伸、壓縮、三點彎曲，以及高溫下的拉伸、蠕變等試驗，同時對材料的微觀結(jié)構(gòu)進行表征分析，也可以結(jié)合EBSD探測器，分析材料在試驗過程中的晶相、物相結(jié)構(gòu)演變。也可以模擬材料在服役過程中的受力、力熱耦合場景、并可向蠕變腔體通入一定氣氛，模擬材料的服役環(huán)境條件。此外，這套系統(tǒng)還可以升級加配疲勞測試系統(tǒng)、低溫測試系統(tǒng)、電化學(xué)測試系統(tǒng)等，以及離子輻照模塊，滿足用戶多樣化的測試需求。

SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)實現(xiàn)了在納米尺度下，觀察材料在高溫蠕變過程中的結(jié)構(gòu)演變和環(huán)境損傷情況，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)表征與性能測試的完美結(jié)合，整體性能達到國際領(lǐng)先水平。

從高溫合金的蠕變機理研究到航空發(fā)動機關(guān)鍵部件的性能評估，從先進納米材料的結(jié)構(gòu)表征到高端芯片的研發(fā)制造，這套SEM5000X蠕變電鏡系統(tǒng)正在大灣區(qū)顯微科學(xué)與技術(shù)研究中心發(fā)揮著越來越重要的作用。未來，它不僅能突破傳統(tǒng)材料測試的局限，更將為我國先進結(jié)構(gòu)材料的自主創(chuàng)新打下堅實基礎(chǔ)。