材料研究前进的亚博网站下载世界上最先进的显微镜

请您能告诉读者一点关于你自己和你的阿尔伯特·克鲁电子显微镜中心位置吗?

我目前的主任阿尔伯特·克鲁中心扫描透射电子显微镜利物浦大学,我领导一个团队的学术研究人员,技术人员,PDRAs,和研究生发展的高空间,时间,和能量分辨率成像的原子尺度结构材料和方法的发展动态过程控制扩散、能源交通、和退化。亚博网站下载

我已经在这个领域工作了近30年以来我在剑桥大学的博士学位,2017年开始在利物浦之前,我在美国工作了25年。在美国,我预约在学术界伊利诺伊大学和加州大学,几家美国能源部的国家实验室(橡树岭,劳伦斯伯克利,劳伦斯利弗莫尔,西北太平洋),总部设在芝加哥,并且成立了一个子公司,追求商业应用我的知识产权在压缩传感。

我研究的潜在主题是发展成像方法提供新的见解的材料可以为新的满足社会的需求,清洁能源生产、转换、存储和传输。亚博网站下载

阿尔伯特·克鲁电子显微镜中心如何导致材料研究的发展吗?亚博网站下载

在ACC,我们专注于进步的方法,让现实的真实环境的形成在电子显微镜和执行研究减少电子束对样品的影响。

而电子显微镜提供了众多多年来洞察材料结构和像差校正使得空间分辨率最高,大多数分析进行样本在显微镜的真空。亚博网站下载

在ACC工作目标,例如,图像材料在液体或大气压力,这样我们才能了解环境的变化在一个特定的亚博网站下载材料导致不同的属性。一个例子将是研究电池电极在电解液直接形象的形成固态电解质间期(SEI)和树突在充放电循环。

强调动态意味着我们必须十分小心,只使用最小数量的电子形成的图像(电子阀杆/ TEM可以损伤样本和变化动态)这就是为什么我们现在的目标是使用压缩传感和人工智能实验。

利物浦大学最近获得£480万资金的工程和物理科学研究委员会先进的扫描透射电子显微镜(STEM)。亚博老虎机网登录为什么这是重要的新材料研究原子尺度?亚博网站下载

许多材料的基本性质的原子排列在接口和控制的缺陷。亚博网站下载对许多材料和过程开发的清洁能源应亚博网站下载用,原子的扩散,这些接口和缺陷决定的效率是至关重要的过程,它的控制,降解过程,并最终如何回收的材料。

李原位沉积的形象(光对比)在Pt电极(暗反差)。整个过程的跟踪现场允许的动力学过程和关键结构特点。图片来源:b . l . Mehdi e . Nasybulin j .钱c .公园,d·a·韦尔奇r .针板,h·梅赫塔w·a·亨德森,w . Xu c . M。王,j·e·埃文斯,j·g。张,k·t·穆勒和n·d·布朗宁,纳米快报152168 - 2173 (2015)

通过研究在原子尺度结构和过程,我们可以评估的基本限制特定属性和机制来控制/改善任何应用程序。

遵循从电池上面的例子,我们的目标在看电池系统是了解的哪些部分电极和电解质之间的界面控制锂离子的溶解/反溶剂在充电/放电循环。

你能告诉我们扫描透射电子显微镜是如何工作的,以及它如何与透射电子显微镜(TEM) ?

阀杆和TEM都使用电子通过样本组成一个图像,这就需要这两种技术使用非常薄样品(通常小于100纳米厚)。方法之间的差异与光束的方式投射到样品表面散射的特性,用于形成图像。

的TEM、电子镜头是用来制造大面积平面波照明样品,和原子水平图像相差的不同阶段形成的电子波散落在标本导致的干涉图样的原子的特性。

(一)公共领域测试图像,“芭芭拉”。(b) 25%随机子样品“芭芭拉”的形象。(c)可以恢复丢失的信息使用一个修补算法,它在优化的很好表示原始图像。这种修复方法可用于故意样本实验以较低的采样率(减少伤害),然后可以恢复丢失的信息。图片来源:d·尼科尔斯j·李,h、a·j·史蒂文斯b·l·迈赫迪n·d·布朗宁纳米级12,21248 - 21254 (2020)。

茎,镜头聚焦到尽可能小的地方(通常~ 0.1 nm,原子尺寸)和这个地方扫描标本而探测器收集散射每一点。

最常见的高角度探测器,对比接近卢瑟福散射和图像可以有相同的原子空间分辨率梁尺寸。

利物浦大学的新茎被开发和先进的人工智能(AI)。这是一个关键因素将如何改变着显微镜的功能?

电子显微镜有能力看到单个原子/列原子的50年了。畸变校正技术的发展在1990年代导致信号水平的增加意味着现在常规能够看到单个原子。

然而,电子束本身造成损害标本,而形成形象——本质上改变它在实验。这意味着有一个大范围的新材料——有机物混合动力车,纳米材料——光束造成太多的伤害在原子尺度成亚博网站下载像。

新显微镜使用压缩传感(即的最新进展。抽样的样本)和机器学习(即。修补缺失的信息),低剂量低于损伤阈值。这些方法开放通路成像全新类别的材料,在每个类的材料和动力学,结果从beam-induced改变都是免费的。亚博网站下载

如何阻止显微镜革命性材料表征和允许研究人员推进先进的能源技术和生物材料的发展吗?亚博网站下载

看到能源系统的结构的能力,有机物和生物材料在原子尺度上是理解的关键功能。亚博网站下载

在能源系统的情况下,阻止导致理解阳极和阴极材料和结构的新一代锂离子电池的锂动力学夹层。亚博网站下载工作在干细胞生物材料是亚博网站下载一个较新的领域和领域仍然是推动边界(新显微镜等来利物浦)到这一点。

有任何显著的研究成果,不可能不使用干吗?

最重要的一个领域被开发在过去几年一直在现场的使用阶段创建液体/气体环境样本。这些新环境导致的一系列研究成果研究成核和生长的基础,生物材料在本地环境中,有机物的自组装,直接operando观察电池和催化剂的功能。亚博网站下载

电子显微镜如何挑战极限的空间,时间和能量分辨率?

只有一个实验方法,可以直接图像中单个原子分布/样品,电子显微镜。除了畸变校正使原子水平的常规,探测器和电子脉冲源的进步意味着时间分辨率的观测可以遵循的自然扩散途径原子或看电子/磁性交互的基本时间表或制作/打破债券。

最近的另一个发展与单色仪导致光谱进行红外光谱一样的敏感。单个分子可以确定表面和交互可以探测量子空间分辨率的显微镜。

如何遏制允许观察和量化的扩散过程变革的新类材料?亚博网站下载这对材料科学的未来意味着什么?亚博网站下载亚博老虎机网登录

样品沉浸到其原生环境(气体或液体),能够偏见样品电,光,热,或能够施加一个应力/应变的示例中,我们可以看到原子移动材料时,在同等条件下时,那将是它的功能。

以前,显微镜前必须进行应力/应变/光/化学测试了之后让其它测试,样品会准备干。显微镜工作者的目标将会尝试识别发生的变化和与他们发生的过程的理解。

直接通过观察过程,有很多见解多步骤的动态,可以获得。这可迅速导致开发新结构、成分、和体系结构,将提高能源技术的性能,以及其他许多人。

你能谈论任何新的更高的发展空间和时间成像光谱方法吗?

除了新的干细胞,我们也在开发一个新的相对论超快电子衍射和成像(RUEDI)设施,将观察到飞秒级别的时间分辨率。设施,作为UKRI基础设施项目的一部分开发的,将是一个利物浦大学和其他合作伙伴之间的合作,和显微镜实验室将在位于达斯伯里。加上新茎ACC和英国SuperSTEM在位于达斯伯里,利物浦城市地区将拥有世界上最先进的电子显微镜技术。

能量存储系统在社会中变得更加重要。干细胞的发展是如何的解决方案帮助进一步推动这个行业?

优化能量密度、一生和再循环能力的能量存储系统是英国向碳中性的关键运输和能源经济。阀杆正在加速的能力了解每个电极/电解质函数的组合,也可以快速测试为回收降解机制和选择。加速了材料选择、界面设计和整体生命亚博网站下载周期的电池系统通过这些详细的原子分辨率实验的关键部分抑制方法。

有任何挑战当开发茎和这些被解决得怎么样?

在开发新仪器总有不可预见的挑战。这些挑战包括显微镜设在房间的稳定,控制环境的显微镜列,散射的物理过程,图像的质量。

干细胞的发展无论他们已经执行密集的努力追踪的结果的局限性和创造最好的成像系统。或许最大的挑战是发展的畸变校正,解锁的力量我们今天所看到的阀杆/ TEM。在那里,这是一个计算机的速度和电子稳定赶上畸变校正的物理。

你知道的任何未来的发展与干细胞的重要材料科学的未来?亚博网站下载亚博老虎机网登录

如上所述,梁的控制工件在成像将关键杆方法的实现更广泛的材料系统。亚博网站下载茎不用于有机物或混合材料以同样的方式,因为它是半导体和陶瓷,和人工智能的使用将会亚博网站下载解决这个问题。

你有什么重要的研究,您将执行在未来,你可以讨论吗?

虽然原则上我们知道如何使用人工智能来改善图像质量,分析显微镜成像的方法目前常用太慢。我们正在增加的速度和使用机器学习来增加先进的显微镜的自主权——从本质上说,我们希望创造出世界上第一台自动驾驶杆。

读者在哪里可以找到更多的信息?

读者可以了解更多关于阿尔伯特·克鲁电子显微镜中心通过访问我们的网站:https://www.liverpool.ac.uk/albert-crewe-centre/

关于教授奈杰尔·布朗宁

教授奈杰尔·布朗宁是目前电子显微镜在学校的工程和物理科学学院和电子显微镜中心主任阿尔伯特·克鲁利物浦大学(2017年以来)。亚博老虎机网登录

他收到了他从雷丁大学物理学学士学位,英国(1988年)和他在剑桥大学的物理学博士,美国K (1991)。他一直在橡树岭国家实验室(1992 - 1995),劳伦斯伯克利国家实验室(2003 - 2006),劳伦斯利弗莫尔国家实验室(2006 - 2011),以及最近实验室研究员和主动性铅的化学成像倡议(CII)太平洋西北国家实验室(PNNL) (2011 - 2017)。

奈杰尔·布朗宁也助理/副芝加哥伊利诺伊大学的物理学教授(1996 - 2002)和材料科学教授(2003 - 2011)和分子生物学教授(2009 - 2011)及大学。亚博网站下载亚博老虎机网登录

他有超过30年的经验发展的新方法在电子显微镜高空间、时间和光谱分辨率分析的工程和生物结构。他是一位美国科学促进协会(AAAS)和美国显微镜学会(MSA)。亚博老虎机网登录

布朗宁收到美国显微镜学会伯顿奖和2002年的平底渔船奖2003年从美国陶瓷协会的发展原子分辨率方法扫描透射电子显微镜(杆)。和他的合作者在LLNL,他还获得了研发100年和2008年50纳米奖,今天和一个显微镜创新奖2010年发展的动态透射电子显微镜(DTEM)。

他有超过400的出版物(89年~ 30000年引文,h指数=)和已经给超过300个邀请报告先进TEM方法的发展和应用。

在他的职业生涯中,他一直主要研究50岁以上的博士生和博士后研究协会顾问,他们中的许多人现在带领自己的研究项目在世界各地的机构。

他的研究的大部分职业生涯一直在美国,在那里他参与了57个联邦和地方政府支持的研究项目,非营利性基金会,和行业。在这些项目中,他直接负责25美元,190美元的总资金的所有项目,包括领导42美元/ 7 CII电费单。

在过去的四年里,他一直在一家公司联合创始人、副总裁策略(Nuxutra)知识产权商业化他联合太平洋西北国家实验室研究员期间(共10项专利相关的压缩传感、超分辨率,先进的成像技术和机器学习)。

在英国,布朗宁教授的主要研究领域是相关的锂离子电池,作为一个合作者的法拉第机构支持回收(ReLiB)项目和法拉第机构的首席研究员描述项目的支持。在回收项目的情况下,他的工作主要集中在理解化学和生物循环动力学,以开发新的方法,可以纳入英国经济。