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首台国产场发射透射电子显微镜发布
2024-06-06
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首台国产场发射透射电子显微镜发布
由生物岛实验室领衔研制,拥有自主知识产权的首台国产商业场发射透射电子显微镜 TH-F120 于 1 月 20 日在广州黄埔发布。这标志着我国已掌握透射电子显微镜(以下简称“电镜”) 用的电子枪等核心技术,并具备量产透射电镜整机产品的能力。
透射电镜技术跨越多个学科、工程技术复杂、攻关难度大。在科技部、国家自然科学基金委、 广东省科技厅、广州市科技局的大力支持下,经过三年多努力,中国科学家们完成了我国首台100%自主知识产权的120千伏场发射透射电镜的整机研制,实现了 0.2nm 分辨率的成像能力,达到了产品化的水平。
“这对于我国摆脱进口依赖、实现高水平科技自立自强具有重大意义。”中国科学院院士、 生物岛实验室主任徐涛介绍,这将打破国内透射电镜 100%依赖进口的局面,场发射透射电子显 微镜将为我国在材料科学、生命科学、半导体工业等前沿科学及工业领域的高质量发展提供有力 支撑。
打破国外垄断,取名中华名山“太行” 透射电镜将人类的科研视角拓展到了纳米级,具有极高的行业垄断性与技术门槛,被誉为高 端科学仪器皇冠上的“明珠”。据介绍,此前,我国透射电镜 100%依赖进口,国产化尚属空白。 2022 年,我国进口透射电镜约 300 台,进口总额超 30 亿元,预计 2022 年至 2028 年期间,年复 合增长率超 5.8%。 生物岛实验室徐涛院士、孙飞研究员联合中国科学院生物物理所在 2016 年启动透射电镜有关研究,并于 2020 年在生物岛实验室组建起一支体系完整的透射电镜研制工程技术团队。 “我们集合了有志于从事国产电镜自主研制的科学家和工程师。”孙飞介绍,其中既有来自 国内外学界的科研人才,也有在产业界深耕扫描电子显微镜多年的领军人物,“大家都抱有同样 的愿景,就是造出我们国家自己的透射电镜。”
同时,科技部和广东省重点研发计划等项目的支持,保证了项目研制的可持续性。” 孙飞说。 团队成立三年多以来,在科技部、国家自然科学基金委、广东省科技厅、广州市科技局的大 力支持下,相关研发工作接连取得重大突破——先后成功研制 120 千伏场发射电子枪、120 千伏 低纹波高压电源、400 万像素和 1600 万像素棱镜耦合 CMOS 电子探测相机、100 万杂合像素直接 电子探测相机等透射电镜核心关键部件。 据悉,电子枪是透射电镜的“光源”,其作用是发射高能电子束照射到样品上,是透射电镜 最为核心的部件之一。“将原本 30 千伏的电子枪技术提升到 120 千伏,需要解决电子源发射稳定性、高压真空打火等各种技术难题,团队通过不断摸索,解决了一些工艺上的难点,最终实现了场发射电子枪的稳定发射。”孙飞说。 最终,生物岛实验室与国内领先的科学仪器公司国仪量子联合成立广州慧炬科技有限公司 (以下简称“慧炬科技”),成功推出自主透射电镜技术的产业成果——首台商业化国产场发射电 透射镜 TH-F120。
该电镜取名源自中华名山“太行”,寓意 TH-F120 将如太行山一样成为中国透射电 镜产业的脊梁。 具备多项优势,领先技术产业化 场发射透射电镜在高端科研、产业发展应用广泛、意义重大。“新材料比如锂电材料的研究, 必须用到透射电镜。”据慧炬科技总经理曹峰介绍,在生命科学研究领域,它可以看到蛋白质的 生物结构;用在集成电路领域,可以实现半导体的缺陷检测;用在新材料领域,可开展锂电池的 研发等等。 据了解,“太行”电镜具有以下特点:一是自主研制的高亮度场发射电子枪,相比于同级进 口产品的热发射电子枪,亮度更高,发射稳定性和相干性更优,匹配自主研制的电磁透镜系统, 针对 120kV 成像平台特别优化电子光学设计,可为用户带来更佳的图像衬度和分辨率;二是自主 研制的高稳定性低纹波高压电源,实现了高压自动控制,保证电子枪稳定发射;三是标配自主研 制的高像素 CMOS 相机,在低电子剂量的工况下仍可呈现丰富的样品细节;四是以人机分离为设 计理念,匹配高度自动化的控制系统,使图像采集工作更加舒适高效;五是预设充足的拓展接口 和整机升级空间,满足用户需求迭代,有效延长整机使用年限。 “相比于进口的同级别产品,TH-F120 的优势还是比较明显的。”曹峰表示
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