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真正实现从二维到三维！我国科研团队取得新突破
材料研究真正实现了从二维到三维。12月1日，重庆大学作为第一完成单位和第一通讯作者单位在期刊《科学》发表最新研究成果《纳米分辨三维电镜揭示变形镍的异常晶格转动》，这是材料科学与工程学院黄晓旭教授团队及其合作者利用自主研发的三维透射电镜技术在纳米金属研究领域取得的新突破。
黄晓旭教授介绍三维透射电镜。科技日报记者 雍黎 摄
电子显微镜，简称电镜，是现代科学技术中不可缺少的重要工具。透射式电子显微镜让观测微纳物质结构成为了可能。
不过传统的电镜技术，只能观察样品的表面，或者观察材料内部三维结构的二维投影，这大大限制了人们对材料微观组织的认识。
在过去20多年，全球范围内广大科学家致力于开发三维表征技术，空间分辨率在微米尺度的X射线三维表征技术研发已取得了重要进展，其应用促进了材料科学领域的重要科学发现。
但是，更多更深层次的材料科学问题需要纳米级甚至原子级的三维表征技术。将空间分辨率从微米级提高到纳米级，需要提高三个数量级，这是一个巨大的挑战。
金属中位错界面的三维透射电镜成像。重庆大学供图
黄晓旭团队长期致力于先进表征技术和纳米金属研究。经过10多年的不懈努力，研发了世界首套具备三维晶体学重构与三维衍衬像重构功能的透射电子显微镜，并成功开发了一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术，空间分辨率1纳米。这些技术的研发填补了纳米级三维电镜取向成像技术的空白，将大大促进三维材料科学的发展。
“我们通过10年时间将这一技术从构想变为现实。”黄晓旭教授介绍，他们从硬件和软件两方面创新，通过原创性的技术，在硬件上研制了电镜电子光学与图像采集控制系统，提升了电镜的高质量数据采集的速度，在软件上开发了高效的数据处理分析和三维重构的软件，从而将纳米材料的内部结构从二维图片变成了三维图谱。
纳米金属镍变形前（A）和变形后（B）三维形貌与晶体取向变化。重庆大学供图
本研究利用三维取向成像技术，首次实现了纳米金属塑性变形的三维电镜研究。发现了纳米金属塑性应变可恢复的反常现象，并揭示了这一现象的物理本质。本工作的新发现发展了纳米金属塑性变形理论，将为先进纳米结构材料研发、纳米材料使役行为的预测和控制以及微纳器件功能优化提供理论指导。
黄晓旭教授团队。重庆大学供图