疫情防控不松劲，教学科研不停步。基于在原位电镜和碳纳米材料研究领域的长期工作积累，近日，深圳技术大学校长阮双琛教授和健康与环境工程学院院长胡俊青教授(共同通讯作者)受邀在国际材料科学领域顶级期刊Progress in Materials Science（《材料科学进展》）上在线发表了题为“In situ transmission electron microscope studies on one-dimensional nanomaterials: manipulation, properties and applications”(原位透射电镜在一维纳米材料的研究：操纵、性质和应用）的长篇综述论文（共37页，含图25幅和260篇参考文献）。
Progress in Materials Science是国际材料科学研究领域的权威综述性学术期刊，在材料界具有重要影响。该期刊不接受自由投稿，年均出版6-8期（每期刊出论文1-6篇），由编辑邀约在相关领域做出突出贡献的科研工作者撰稿。它致力于发表非常有影响力的综述文章，以全面、权威、重要和可读性而著称，期刊CiteScore为28.12，最新影响因子为23.725，5年影响因子为33.018。
论文介绍
这篇论文系统地总结了原位电镜技术对碳和半导体等纳米材料的操纵以及在热（加热和冷冻）、力和电等外场作用下它们的性能变化与相关纳米器件的服役表现，分析了目前原位透射技术研究中存在的问题，展望了该研究领域的未来发展方向。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2020.100674
近年来，原位电子显微技术已成为前沿研究热点。这项技术能对纳米级样品进行原位操纵并研究其晶体结构、表面与界面、物理和化学性能等，通过特殊的样品杆和数据分析系统，对单个纳米材料施加外场，实时研究其微观结构、性能以及对外场的响应行为，这在一定程度上模拟了纳米器件的服役条件，从而优化纳米器件的功能表现。样品杆和数据系统不但实现了对纳米材料在原子尺度的精确操纵，而且对纳米材料在能源、生命科学、信息技术产业等领域的应用发挥着积极的作用。
碳纳米管（CNT）的修复切割及连接在CNT碳材料器件的构筑过程中具有重要意义。图1为利用电子束辐照技术实现对CNT的纳米焊接CNT。借助金属钴（Co）催化剂，Co纳米颗粒和CNT间的相互作用可修复断裂的CNT及连接直径渐变的CNT。在此过程中，尖端具有Co纳米颗粒的CNT相互接触后，在电子束原位辐照下，碳原子可溶解到Co纳米颗粒中形成新的石墨原子结构，不断移动形成新的CNT。此过程中所体现的共催化机理与过渡金属催化生长CNT的过程相似，这对CNT的催化生长研究、CNT的加工及碳材料器件制备具有重要意义。
图1 TEM下电子束辐照技术实现Co纳米颗粒共催化修复和连接多壁碳纳米管
电学和力学性能优异的CNT可以作为传输导线广泛地运用于纳米器件，但CNT纳米器件的性能往往不如传统金属导线（如铜线）稳定。图2为在电流作用下金属电极熔化流进CNT过程中的热/动力学行为及其对器件电学性能的影响。采用TEM-STM原位操纵技术，在CNT器件中，电流加热导致金属电极材料（如Au、Ag和Pt）熔化，通过控制器件的工作电压和CNT的长度，可以调控液态金属在CNT内的流动方向和到达位置及对CNT器件的电学性能。这些对于构建性能稳定和服役安全的碳纳米管器件具有重要意义。
图2 焦耳热使金属电极材料熔化流进碳纳米管过程中的热/动力学行为及其对器件电学性能的影响
健康与环境工程学院院长、学科带头人胡俊青教授表示，受邀在Progress in Materials Science期刊上发表论文，是我们的职责和荣誉。深圳技术大学提倡“工匠精神”，培养“工匠精神”首先要“专”，其次要“精”，我们在原位电子显微技术、碳纳米材料等专业领域长期研究的基础上，有所发现和创新，是“工匠精神”的具体体现。原位电镜技术对碳和半导体等纳米材料在不同条件下的性能变化与相关纳米器件的服役表现进行观测，对于构建性能稳定和服役安全的纳米器件具有重要意义。该技术对接产业发展，服务产业需求，可以为新能源、生命科学、信息技术等产业提供巨大的技术支持。
2017年11月，我校成立了先进材料测试技术研究中心，中心针对先进材料技术应用具有纳米空间尺度、超快时间尺度、极端物质状态、多学科交叉的特点，通过光学工程、材料、物理、医学、生物、核科学、计算机仿真等多学科的高度交叉融合，开展基于高功率激光的先进材料测试新技术应用研究。原位电镜技术与先进材料测试研究紧密相关，将对我校在新材料、生命科学和新能源等方面的研究和技术应用起到重要的推动作用。
图文编辑：党委宣传部
来源 | 科研与校企合作部、健康与环境工程学院
文中图1、图2来自Progress in Materials Science
