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我国大型扫描电声显微镜仪器出口成功
材料和器件是现代高新技术的基础和先导,材料的纳米化和器件的小型化对各种新材料和器件的评价方法提出了新的要求——微区物理性能和不均匀性检测,以及内部结构和缺陷的非破坏性观察。但现有的扫描电镜(SEM)和扫描声学显微镜(SAM)都不能满足这些需求。扫描电声显微镜(SEAM)正是在这种需求下,将SEM技术和SAM特点融为一体,同时兼有电子显微术高分辨率快速成像的特点和声学显微术非破坏性获取物质内部信息的本领,并可以在原位同时观察基于不同成像机理的二次电子像和电声像。
中国科学院上海硅酸盐所在国家基金委和国家“863”计划的支持下,在国内率先并几乎和国际上同步开展了扫描电声显微镜及其相关器件、材料、成像理论和应用研究,先后完成了SEAM-I型、II型、III型电声成像系统的研制,使性能指标不断地完善和提高,达到了实用化的水平。
通常的扫描电镜是以恒定能量的电子束始终照射在样品上进行X-Y扫描,而电声成像则是以强度受调制的且经过聚集的电子束在样品表面进行X-Y扫描,这是电声成像的特殊工作方式,也是进行电声成像的基本条件。
在扫描电声成像系统中,我们采用了如下创新技术:发明了变速率扫描和自适应处理器,成功将电子显微术和声学显微术以及数字信号处理和高灵敏度传感技术相结合,建立了具有系列自主知识产权的高分辨率实用化扫描电声显微镜;发明了多参量(电场、温场、力场和频率)可控的多功能复合结构电声信号传感器及其控制装置,建立了综合观察电声像动态行为的新方法;发明了横向模式多层电声信号敏感元件,并首次用于电声成像系统;在国际上率先制备出高性能、大尺寸铌镁酸铅(0.67PMN-0.33PT)晶体材料,并作为电声信号敏感元件首次应用于电声信号传感器;建立了第一个完整的三维电声成像理论,阐述了电声信号的激发机制,电声像衬度产生的机理和显示空间高分辨率的理论依据,以及电声成像属近场成像的物理本质。
扫描电声成像技术受到国内外好评。本项目在电声成像系统研制、电声信号传感器设计制造、高性能、大尺寸传感器用敏感材料制备、电声成像理论的建立以及电声显微成像技术的应用等方面自成体系,取得了全面、系统、完整的有关电声成像技术的自主知识产权。
描电声成像技术的实施促进了国家任务的圆满完成。申请者在自行建立的电声显微镜上开展了重大基金项目、“973”项目等有关的多种材料和器件的表面和内部的电声成像研究,取得了多项创新的结果。
使用电声显微镜在科学研究中有了新发现。国内外科学家用我们研制的电声显微镜在各自的研究领域内获得了新的发现,德国科学家Kohler博士首次在马氏体材料上发现了铁磁畴结构及其相应的机理解释。美国宾州大学Hang He 博士和Ruyan Guo 教授在不同材料上获得了铁弹畴、180°反平行周期结构畴的复合畴形态的电声像,并认为电声成像技术是研究功能材料机电耦合效应的一种独特方法。中山大学李树玮教授用电声成像技术在研究半导体材料异质结失配及失配应力释放过程、孪晶在外延片中的各向异性和各向同性生长及外延片内在缺陷对材料表面形貌影响等方面获得成功。日本筑波大学Kojima教授首次获得了蝶形BaTiO3晶体电畴结构电声像。清华大学彭海东博士观察了金属-陶瓷复合涂层表面和亚表面显微结构的电声像。
目前,电声显微镜和技术及其相关器件和材料已出口到美国、德国、日本、荷兰、新加坡及中国台湾等国家和地区,被誉为“我国大型仪器出口到发达国家和地区的成功范例”。也为国内有关高等院校、科研单位和世界500强企业之一的宝钢装备了扫描电声显微镜。
扫描电声成像技术推动了我国相关显微成像技术的发展。在电声成像技术的基础上,又将其与当前普遍使用的原子力显微镜相结合,建立了低频(<30kHz)高分辨率(~10nm)扫描探针声学显微成像技术,这是与目前所有以隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)为基础建立的探针显微镜不同的技术特点、功能和成像机理,是扫描电声显微术的新发展,其应用前景十分广阔。
我国大型科学仪器历来依靠进口,我国自主研制的电声显微镜出口到国外,为国家赢得了荣誉。我国独立自主地研制的扫描电声显微术及其在此基础上发展起来的扫描探针声学显微术丰富和发展了显微成像科学和技术,为研究物质介观和微观层次上的特性提供了一种新的手段并促进了相关科学技术领域的发展。
发布人:泰纳电子 发布时间:2005年12月10日 已被浏览 466 次 〖 打印本文
 
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