12月1日，《科学》杂志刊登了重庆大学科学家的重要成果：该校材料科学与工程学院教授、电子显微镜中心主任黄晓旭及其团队，利用自主研发的三维透射电镜技术，在世界上首次实现对纳米金属塑性变形的研究，并发现纳米金属塑性变形后其内部晶体取向可回转这一反常现象。

该研究利用三维取向成像技术，以“镍”为样本，首次实现了纳米金属塑性变形的三维研究，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，将为先进纳米结构材料研发、微纳器件功能优化等提供理论指导。

“三维透射电镜技术”的应用是开展上述研究的关键。

“传统的电子显微镜技术，只能观察样品的表层，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。”黄晓旭表示，过去20多年，全球范围内的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三维表征技术研发已取得重要进展，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。

经过10余年不懈努力，在中国国家重点研发计划等项目的支持下，黄晓旭团队已成功开发一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术，空间分辨率为1nm(纳米)。这些技术的研发填补了纳米级三维电镜表征技术的空白，将大大促进三维材料科学的发展。

纳米金属材料拍出3D照片

在过去的传统电子显微镜技术中，科学家们只能观察材料的表层，或者材料内部三维结构的二维投影，这大大限制了人类对材料微观组织的认识。然而，黄晓旭团队利用自主研发的三维透射电镜技术，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。

纳米金属材料由于强度高、耐磨性好等特点，应用广泛且影响深远。不过材料微观结构的变化与其宏观性能上的改变之间有什么样的因果关系，还有待科学研究去揭示。而传统的透射电镜技术，只能观察材料内部三维结构的二维投影。科学家们一直在寻求一种能够对纳米材料三维结构进行高精度表征的新技术。

黄晓旭团队长期致力于先进表征技术和纳米金属的研究，并在10多年前提出了一种利用透射电子显微镜对纳米晶体材料进行直接三维定量表征的新方法——透射电镜三维取向重构技术，这一首创性技术的相关原理还在2011年于《科学》杂志上发表。

“这个技术从理论实现应用，我们用了10年。”黄晓旭说，看似简单的三维图像，其实是由几十万张透射电镜照片的晶体取向信息合成提取获得。

为了让这项技术高效、准确、实用，黄晓旭团队进行了原创性技术研发，在硬件上研制出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速度；在软件上开发出高效的数据处理分析和三维重构系统，从而将纳米材料的内部结构从二维图片变成了三维图谱。利用这些原创技术，他们成功开发了一系列基于电子衍射的三维透射电镜技术，其中透射电镜三维取向重构技术的空间分辨率达1纳米（1纳米相当于百万分之一毫米）。这些技术填补了纳米级三维取向重构技术的空白，将大大促进三维材料科学的发展。

“三维透射电镜技术是我们为研究纳米材料打造的一把称心如意的剑。”重庆大学材料科学与工程学院教授、电子显微镜中心副主任黄天林说，有了这个强有力的工具，就可以对组成纳米材料的各个小晶体进行精确描述。这不仅可为建立微观结构与性能关系的新理论模型奠定基础，还能为开发控制和优化纳米材料结构与性能的新途径提供指导。同时，相比已经在材料科学领域应用的X射线三维表征技术，透射电镜三维取向重构技术将空间分辨率从微米级提高到纳米级。

黄晓旭团队还利用透射电镜三维取向重构技术，首次实现对纳米金属塑性变形研究并发现纳米金属塑性应变可恢复的反常现象。这一新发现丰富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指导。

“目前，我们准备对三维透射电镜技术进行成果转化。”黄晓旭表示，他们计划将开发的相关硬件和软件技术有机整合，让整合后的集成技术能直接安装到传统透射电镜上，赋予传统透射电镜三维表征功能，从而助力汽车制造、航空航天及微电子器件等领域的材料研究。

研究意义

这一发现具有重大的意义，不仅为材料科学领域提供了新的研究方向，也为工业应用领域带来了巨大的潜在价值。黄晓旭教授表示，该技术有广阔的工业应用前景，或将为芯片、航空航天、汽车制造等诸多领域的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支撑。

在芯片制造领域，这一技术可以帮助更好地理解芯片在运行过程中的性能和可靠性。在航空航天领域，通过使用具有优异性能的纳米材料，可以进一步提高航空器的性能和安全性。在汽车制造领域，纳米材料的应用可以提高汽车的性能和安全性，同时还可以降低环境污染。

此外，这一技术的突破也为科学研究提供了新的工具和方法。通过三维透射电镜技术，科学家们可以更深入地了解材料的微观结构和性能，为新材料的设计和开发提供更多的思路和方向。

总之，重庆大学黄晓旭团队在纳米金属研究领域的突破性成果，不仅为材料科学领域带来了新的研究方向，也为工业应用领域提供了更多的可能性。通过进一步的研究和应用，我们有理由相信，纳米材料将会在未来发挥更加重要的作用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。

文章来源： 翊盛科技与体育，中国新闻网，科技日报