Small Methods: 最新綜述-環境掃描電子顯微鏡在材料科學中的應用和展望

2021-03-01 MaterialsViews
       人類對材料的微觀認識受益於不斷進步的顯微學分析方法。從光學顯微鏡到電子顯微鏡，顯微學的技術進步直接推動了大量新物理化學現象的發現以及先進材料的研發。而今，電子顯微學已是材料科學研究中最常用的微觀分析方法。其中，掃描電子顯微鏡、特別是環境掃描電子顯微鏡（Environmental Scanning Electron Microscope, ESEM）的出現，更是提供了對樣品（包括含水以及絕緣樣品）在其天然狀態下的表面微觀形貌觀察的可能性。相對於常規掃描電子顯微鏡，ESEM允許其樣品室存在各種氣體環境（最高氣壓可達4000 Pa），從而為研究生物、有機體以及含水樣品帶來了前所未有的機遇。特別是近年來，原位分析在材料科學領域逐漸成為重要的研究方法，基於ESEM的原位研究也在不斷增多。

近日，Small Methods上發表了題為「Applications of ESEM on Materials Science: Recent Updates and a Look Forward」的綜述文章。該綜述首先簡要介紹了ESEM的發展歷程，結構特點以及工作原理。隨後從兩個方面系統地闡述了其在科學材料科學研究中的最新應用。其一，對於普通的靜態觀察，作者回顧了近年來環境掃描電子顯微鏡在生物、環境敏感材料、化石考古、建築材料等諸多研究領域中發揮的作用。其二，作者重點強調了環境掃描電鏡作為一個可視化的「微型實驗室」在材料的原位研究領域取得的進展。鑑於水是ESEM研究中最常見的氣體環境，該綜述把與此相關的原位研究分為以下三類：
（1）水的相變過程的原位顯微觀察，主要指關於水在相變/潤溼/運輸過程中發生的形態變化的研究。（2）由於水的參與而引起的各種材料的形態變化過程的原位觀察，例如材料的溶脹以及潮解、金屬的腐蝕、納米結構的製備、水泥的水化過程等。（3）無水參與的其他動態過程的原位觀察，例如電池反應、二維材料和納米材料的生長、氧化物的燒結、金屬材料的高溫拉伸等。最後，作者展望了環境掃描電子顯微鏡在發展中所面臨的挑戰及其應用於材料科學前沿領域的發展前景。該綜述發表於Small Methods上（DOI: 10.1002/smtd.201900588)，由南昌大學材料科學與工程學院和香港理工大學應用物理系合作完成。第一作者為博士生張洲洋，通訊作者為費林峰教授和黃海濤教授。

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