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2026-03-25 03:43:41超快光譜與成像: 超快光譜與成像是一種研究物質(zhì)在超短時(shí)間尺度（飛秒至納秒）上光學(xué)性質(zhì)變化的技術(shù)。它利用超短脈沖激光作為激發(fā)源，通過(guò)光譜分析和成像技術(shù)，捕捉物質(zhì)在激發(fā)后的瞬態(tài)吸收、發(fā)射或散射光譜特征，揭示物質(zhì)內(nèi)部電子、激子、振動(dòng)能級(jí)等微觀結(jié)構(gòu)的變化過(guò)程。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)、生物、材料科學(xué)等領(lǐng)域，為探索物質(zhì)微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程提供了強(qiáng)有力的手段。

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新一代 FemtoTune 系列飛秒光學(xué)參量放大器：為超快光譜與成像設(shè)立新標(biāo)桿

EKSPLA 自豪地宣布推出 FemtoTune 系列——一款新型的可調(diào)諧飛秒激光系統(tǒng)，專為滿足現(xiàn)代超快科學(xué)的

 北京歐蘭科技發(fā)展有限公司 204
2025-07-24

超快光譜與成像文章

卓立漢光分享高速光譜與成像技術(shù)的核心原理與應(yīng)用框架（下）

時(shí)間分辨光譜與成像技術(shù)是現(xiàn)代科學(xué)研究中不可或缺的分析工具，它們通過(guò)捕捉物質(zhì)在時(shí)間維度上的動(dòng)態(tài)變化，為理解超快物理、化學(xué)和生物過(guò)程提供了獨(dú)特視角。瞬態(tài)時(shí)間分辨光學(xué)成像技術(shù)可為多次曝光和單次曝光兩種方式。

北京卓立漢光儀器有限公司 211
2025-04-23
時(shí)間分辨光學(xué)測(cè)量超快光譜與成像超快光譜診斷

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超快光譜與成像問(wèn)答

2023-05-18 16:59:34全共線多功能超快光譜儀與高精度激光掃描顯微鏡，二維材料與超快: 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT MONSTR Sense Technologies是由密歇根大學(xué)研究人員成立的科研設(shè)備制造公司。該公司致力于研發(fā)為半導(dǎo)體研究應(yīng)用而優(yōu)化的超快光譜儀和顯微鏡，突破性的技術(shù)可將光學(xué)器件和射頻電子器件耦合在一起，以穩(wěn)健的方式測(cè)量具有干涉精度的光學(xué)信號(hào)，真正實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備、一束激光、多種功能。圖1. 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT不僅兼具共振和非共振超快光譜探測(cè)，還可以兼容瞬態(tài)吸收光譜（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光譜(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多維相干光譜探測(cè)(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。開(kāi)創(chuàng)性的全共線光路設(shè)計(jì)，使其可以與該公司研發(fā)的高精度激光掃描顯微鏡（NESSIE）聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)超高分辨超快光譜顯微成像。全共線多功能超快光譜儀的開(kāi)發(fā)也充分考慮了用戶的使用體驗(yàn)，系統(tǒng)軟件可自動(dòng)調(diào)控參數(shù)，光路自動(dòng)對(duì)齊、無(wú)需校正等特點(diǎn)都使得它簡(jiǎn)單易用。全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT主要技術(shù)參數(shù)：高精度激光掃描顯微鏡NESSIE MONSTR Sense Technologies的高精度激光掃描顯微鏡NESSIE可用入射激光快速掃描樣品，在幾秒鐘內(nèi)就能獲得高光譜圖像。該設(shè)備可適配不同高度的樣品臺(tái)和低溫光學(xué)恒溫器，物鏡高度最多可變化5英寸，大樣品尺寸同樣適用。NESSIE顯微鏡是具有獨(dú)立功能，可以與幾乎任何基于激光測(cè)量與高分辨率成像的設(shè)備集成在一起，也非常適合與該公司研發(fā)的全共線多功能超快光譜儀集成。圖2. 高精度激光掃描顯微鏡NESSIE 高精度激光掃描顯微鏡-NESSIE的輸入信號(hào)為單個(gè)激光光束，輸出信號(hào)為樣品探測(cè)點(diǎn)收集的單個(gè)反向傳播光束，這樣的光路設(shè)計(jì)確保了反傳播信號(hào)在掃描圖像時(shí)不會(huì)相對(duì)于輸入光束漂移，因而非常適用于激光的實(shí)驗(yàn)中的成像顯微鏡系統(tǒng)。圖3. 使用NESSIE在室溫下測(cè)量的GaAs量子阱的圖像。a）用相機(jī)測(cè)量的白光圖像。b）用調(diào)諧到GaAs帶隙的80MHz激光器（5mW激光輸出）進(jìn)行激光掃描線性反射率測(cè)量。c）同時(shí)測(cè)量的激光掃描四波混頻圖像揭示了影響GaAs層的亞表面缺陷 BIGFOOT+NESSIE應(yīng)用案例：1. 高精度激光掃描顯微鏡用于材料表征美國(guó)密歇根大學(xué)課題組通過(guò)使用基于非線性四波混頻（FWM）技術(shù)的多維相干光譜MDCS測(cè)量先進(jìn)材料的非線性響應(yīng)，利用激子退相和激子壽命來(lái)評(píng)估先進(jìn)材料的質(zhì)量。課題組使用通過(guò)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的WSe2單分子層作為一個(gè)典型的例子來(lái)證明這些功能。研究表明，提取材料參數(shù)，如FWM強(qiáng)度、去相時(shí)間、激發(fā)態(tài)壽命和暗/局部態(tài)分布，比目前普遍的技術(shù)，包括白光顯微鏡和線性微反射光譜學(xué)，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估樣品的質(zhì)量。在室溫下實(shí)時(shí)使用超快非線性成像具有對(duì)先進(jìn)材料和其他材料的快速原位樣品表征的潛力。圖4. (a)通過(guò)擬合時(shí)域單指數(shù)衰減得到的樣本的去相時(shí)間圖，在圖(a)中用三角形標(biāo)記的選定樣本點(diǎn)處的FWM振幅去相曲線【參考】Eric Martin, et al; Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022). 2.二維材料中激子相互作用和耦合的成像研究過(guò)渡金屬二鹵代化合物（TMDs）是量子信息科學(xué)和相關(guān)器件領(lǐng)域非常有潛力的材料。在TMD單分子層中，去相時(shí)間和非均勻性是任何量子信息應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。在TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，耦合強(qiáng)度和層間激子壽命也是值得關(guān)注的參數(shù)。通常，TMD材料研究中的許多演示只能在樣本上的特定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)應(yīng)用的可拓展性提出了挑戰(zhàn)。美國(guó)密歇根大學(xué)課題組使用了多維相干成像光譜（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 簡(jiǎn)稱MDCS），闡明了MoSe2單分子層的基礎(chǔ)物理性質(zhì)——包括去相、不均勻性和應(yīng)變，并確定了量子信息的應(yīng)用前景。此外，課題組將同樣的技術(shù)應(yīng)用于MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)研究。盡管存在顯著的應(yīng)變和電介質(zhì)環(huán)境變化，但相干和非相干耦合和層間激子壽命在整個(gè)樣品中大多是穩(wěn)健的。圖5. （a）hBN封裝的MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的白光圖像。（b）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)在圖（a）中的標(biāo)記的三個(gè)不同樣本點(diǎn)處的低功率低溫MDCS光譜。（c）圖（b）中所示的四個(gè)峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混頻積分圖。（d）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的MoSe2共振能量圖。（e）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的WSe2共振能量圖。（f）所有采樣點(diǎn)的MoSe2共振能量與WSe2共振能量【參考】Eric Martin, et al; Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022) 3. 摻雜MoSe2單層中吸引和排斥極化子的量子動(dòng)力學(xué)研究當(dāng)可移動(dòng)的雜質(zhì)被引入并耦合到費(fèi)米海時(shí)，就形成了被稱為費(fèi)米極化子的新準(zhǔn)粒子。費(fèi)米極化子問(wèn)題有兩個(gè)有趣但截然不同的機(jī)制： (i)吸引極化子（AP）分支與配對(duì)現(xiàn)象有關(guān)，跨越從BCS超流到分子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），這是斯通納流動(dòng)鐵磁性的物理基礎(chǔ)。二維系統(tǒng)中的費(fèi)米極化子的研究中，許多關(guān)于其性質(zhì)的問(wèn)題和爭(zhēng)論仍然存在。黃迪教授課題組使用了Monstr Sense公司的全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT研究了摻雜的MoSe2單分子層。課題組發(fā)現(xiàn)觀測(cè)到的AP-RP能量分裂和吸引極化子的量子動(dòng)力學(xué)與極化子理論的預(yù)測(cè)一致。隨著摻雜密度的增加，吸引極化子的量子退相保持不變，表明準(zhǔn)粒子穩(wěn)定，而排斥極化子的退相率幾乎呈二次增長(zhǎng)。費(fèi)米極化子的動(dòng)力學(xué)對(duì)于理解導(dǎo)致其形成的成對(duì)和磁不穩(wěn)定性至關(guān)重要。圖6. 單層MoSe2在不同柵極電壓下的單量子重相位振幅譜【參考】Di HUANG, et al; Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)

2023-05-26 11:43:55全共線多功能超快光譜儀與高精度激光掃描顯微鏡，二維材料與超快光學(xué)實(shí)驗(yàn)必備！: 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOTMONSTR Sense Technologies是由密歇根大學(xué)研究人員成立的科研設(shè)備制造公司。該公司致力于研發(fā)為半導(dǎo)體研究應(yīng)用而優(yōu)化的超快光譜儀和顯微鏡，突破性的技術(shù)可將光學(xué)器件和射頻電子器件耦合在一起，以穩(wěn)健的方式測(cè)量具有干涉精度的光學(xué)信號(hào)，真正實(shí)現(xiàn)一套設(shè)備、一束激光、多種功能。圖1. 全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT不僅兼具共振和非共振超快光譜探測(cè)，還可以兼容瞬態(tài)吸收光譜（Transient absorption (TAS)）、相干拉曼光譜(Coherent Raman Spectroscopy (CRS))、多維相干光譜探測(cè)(Multidimensional Coherent Spectroscopy (MDCS))。開(kāi)創(chuàng)性的全共線光路設(shè)計(jì)，使其可以與該公司研發(fā)的高精度激光掃描顯微鏡（NESSIE）聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)超高分辨超快光譜顯微成像。全共線多功能超快光譜儀的開(kāi)發(fā)也充分考慮了用戶的使用體驗(yàn)，系統(tǒng)軟件可自動(dòng)調(diào)控參數(shù)，光路自動(dòng)對(duì)齊、無(wú)需校正等特點(diǎn)都使得它簡(jiǎn)單易用。全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT主要技術(shù)參數(shù)：若您對(duì)設(shè)備有任何問(wèn)題，歡迎掃碼咨詢！高精度激光掃描顯微鏡NESSIEMONSTR Sense Technologies的高精度激光掃描顯微鏡NESSIE可用入射激光快速掃描樣品，在幾秒鐘內(nèi)就能獲得高光譜圖像。該設(shè)備可適配不同高度的樣品臺(tái)和低溫光學(xué)恒溫器，物鏡高度最多可變化5英寸，大樣品尺寸同樣適用。NESSIE顯微鏡是具有獨(dú)立功能，可以與幾乎任何基于激光測(cè)量與高分辨率成像的設(shè)備集成在一起，也非常適合與該公司研發(fā)的全共線多功能超快光譜儀集成。圖2. 高精度激光掃描顯微鏡NESSIE高精度激光掃描顯微鏡-NESSIE的輸入信號(hào)為單個(gè)激光光束，輸出信號(hào)為樣品探測(cè)點(diǎn)收集的單個(gè)反向傳播光束，這樣的光路設(shè)計(jì)確保了反傳播信號(hào)在掃描圖像時(shí)不會(huì)相對(duì)于輸入光束漂移，因而非常適用于激光的實(shí)驗(yàn)中的成像顯微鏡系統(tǒng)。圖3. 使用NESSIE在室溫下測(cè)量的GaAs量子阱的圖像。a）用相機(jī)測(cè)量的白光圖像。b）用調(diào)諧到GaAs帶隙的80MHz激光器（5mW激光輸出）進(jìn)行激光掃描線性反射率測(cè)量。c）同時(shí)測(cè)量的激光掃描四波混頻圖像揭示了影響GaAs層的亞表面缺陷若您對(duì)設(shè)備有任何問(wèn)題，歡迎掃碼咨詢！BIGFOOT+NESSIE應(yīng)用案例：01高精度激光掃描顯微鏡用于材料表征美國(guó)密歇根大學(xué)課題組通過(guò)使用基于非線性四波混頻（FWM）技術(shù)的多維相干光譜MDCS測(cè)量先進(jìn)材料的非線性響應(yīng)，利用激子退相和激子壽命來(lái)評(píng)估先進(jìn)材料的質(zhì)量。課題組使用通過(guò)化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的WSe2單分子層作為一個(gè)典型的例子來(lái)證明這些功能。研究表明，提取材料參數(shù)，如FWM強(qiáng)度、去相時(shí)間、激發(fā)態(tài)壽命和暗/局部態(tài)分布，比目前普遍的技術(shù)，包括白光顯微鏡和線性微反射光譜學(xué)，可以更準(zhǔn)確地評(píng)估樣品的質(zhì)量。在室溫下實(shí)時(shí)使用超快非線性成像具有對(duì)先進(jìn)材料和其他材料的快速原位樣品表征的潛力。圖4. (a)通過(guò)擬合時(shí)域單指數(shù)衰減得到的樣本的去相時(shí)間圖，在圖(a)中用三角形標(biāo)記的選定樣本點(diǎn)處的FWM振幅去相曲線【參考】Eric Martin, et al; Rapid multiplex ultrafast nonlinear microscopy for material characterization. Optics Express 30, 45008 (2022).02二維材料中激子相互作用和耦合的成像研究過(guò)渡金屬二鹵代化合物（TMDs）是量子信息科學(xué)和相關(guān)器件領(lǐng)域非常有潛力的材料。在TMD單分子層中，去相時(shí)間和非均勻性是任何量子信息應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。在TMD異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，耦合強(qiáng)度和層間激子壽命也是值得關(guān)注的參數(shù)。通常，TMD材料研究中的許多演示只能在樣本上的特定點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)應(yīng)用的可拓展性提出了挑戰(zhàn)。美國(guó)密歇根大學(xué)課題組使用了多維相干成像光譜（Multi-dimensional coherent spectroscopy, 簡(jiǎn)稱MDCS），闡明了MoSe2單分子層的基礎(chǔ)物理性質(zhì)——包括去相、不均勻性和應(yīng)變，并確定了量子信息的應(yīng)用前景。此外，課題組將同樣的技術(shù)應(yīng)用于MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)研究。盡管存在顯著的應(yīng)變和電介質(zhì)環(huán)境變化，但相干和非相干耦合和層間激子壽命在整個(gè)樣品中大多是穩(wěn)健的。圖5. （a）hBN封裝的MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的白光圖像。（b）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)在圖（a）中的標(biāo)記的三個(gè)不同樣本點(diǎn)處的低功率低溫MDCS光譜。（c）圖（b）中所示的四個(gè)峰值的FWM(Four-Wave Mixing)四波混頻積分圖。（d）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)上的MoSe2共振能量圖。（e）MoSe2/WSe2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的WSe2共振能量圖。（f）所有采樣點(diǎn)的MoSe2共振能量與WSe2共振能量【參考】Eric Martin, et al; Imaging dynamic exciton interactions and coupling in transition metal dichalcogenides, J. Chem. Phys. 156, 214704 (2022)03摻雜MoSe2單層中吸引和排斥極化子的量子動(dòng)力學(xué)研究當(dāng)可移動(dòng)的雜質(zhì)被引入并耦合到費(fèi)米海時(shí)，就形成了被稱為費(fèi)米極化子的新準(zhǔn)粒子。費(fèi)米極化子問(wèn)題有兩個(gè)有趣但截然不同的機(jī)制：(i)吸引極化子（AP）分支與配對(duì)現(xiàn)象有關(guān)，跨越從BCS超流到分子的玻色-愛(ài)因斯坦凝聚；（ii）排斥分支（RP），這是斯通納流動(dòng)鐵磁性的物理基礎(chǔ)。二維系統(tǒng)中的費(fèi)米極化子的研究中，許多關(guān)于其性質(zhì)的問(wèn)題和爭(zhēng)論仍然存在。美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校李曉勤教授課題組使用了Monstr Sense公司的全共線多功能超快光譜儀BIGFOOT研究了摻雜的MoSe2單分子層。課題組發(fā)現(xiàn)觀測(cè)到的AP-RP能量分裂和吸引極化子的量子動(dòng)力學(xué)與極化子理論的預(yù)測(cè)一致。隨著摻雜密度的增加，吸引極化子的量子退相保持不變，表明準(zhǔn)粒子穩(wěn)定，而排斥極化子的退相率幾乎呈二次增長(zhǎng)。費(fèi)米極化子的動(dòng)力學(xué)研究對(duì)于理解導(dǎo)致其形成的配對(duì)和磁不穩(wěn)定性至關(guān)重要。圖6. 單層MoSe2在不同柵極電壓下的單量子重相位振幅譜【參考】Di HUANG, et al; Quantum Dynamics of Attractive and Repulsive Polarons in a Doped MoSe2 Monolayer, PHYSICAL REVIEW X 13, 011029 (2023)若您對(duì)設(shè)備有任何問(wèn)題，歡迎掃碼咨詢！

2025-02-17 14:30:16核磁共振成像成像特點(diǎn)是什么？: 核磁共振成像成像特點(diǎn) 核磁共振成像（MRI）作為一種非侵入性醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)的X射線和CT掃描不同，核磁共振成像通過(guò)利用強(qiáng)磁場(chǎng)和射頻脈沖，生成高分辨率的內(nèi)部圖像，能夠清晰地呈現(xiàn)身體各個(gè)組織和器官的結(jié)構(gòu)。本文將深入探討核磁共振成像的成像特點(diǎn)，并闡明其在臨床應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。高分辨率的軟組織成像核磁共振成像顯著的特點(diǎn)之一是其在軟組織成像方面的優(yōu)越性。傳統(tǒng)的成像技術(shù)如X射線或CT掃描主要依賴于硬組織的密度差異，而MRI則能夠提供軟組織的細(xì)節(jié)圖像。無(wú)論是腦組織、肌肉、關(guān)節(jié)還是器官，核磁共振都能提供清晰的圖像，這使得醫(yī)生在診斷時(shí)能夠準(zhǔn)確識(shí)別各種疾病，如腦部腫瘤、脊柱疾病、心血管疾病等。無(wú)輻射危害與X射線和CT掃描等影像技術(shù)不同，核磁共振成像不會(huì)使用任何形式的電離輻射，這使得其在許多臨床情境下成為一種更加安全的選擇。特別是在需要多次檢查的情況下（如癌癥隨訪或慢性病監(jiān)控），MRI因其零輻射特性而具有明顯的優(yōu)勢(shì)。MRI對(duì)孕婦和兒童等敏感人群更為友好，是其在兒科和產(chǎn)科中應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。多平面成像能力核磁共振成像具有獨(dú)特的多平面成像能力，即能夠在不同的平面（如橫截面、冠狀面、矢狀面等）上進(jìn)行成像。這一特點(diǎn)使得MRI能夠從多角度、多方位獲取圖像，極大提高了疾病診斷的精確度和可靠性。通過(guò)多平面重建，醫(yī)生可以清晰地了解患者病變區(qū)域的空間關(guān)系，從而進(jìn)行更有效的診斷和。組織對(duì)比度良好核磁共振成像提供了較為優(yōu)異的組織對(duì)比度，這使得不同類(lèi)型的組織在圖像中的分辨更加明顯。例如，腫瘤和正常組織的對(duì)比度非常高，幫助醫(yī)生識(shí)別腫瘤的邊界和形態(tài)特征。MRI技術(shù)還可以通過(guò)使用不同的序列（如T1、T2加權(quán)成像）來(lái)突出顯示不同類(lèi)型的組織結(jié)構(gòu)，這對(duì)于臨床中的診斷工作至關(guān)重要。動(dòng)態(tài)成像和功能性成像隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，MRI不僅能夠提供靜態(tài)的解剖學(xué)圖像，還能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像和功能性成像。例如，通過(guò)使用功能性MRI（fMRI）技術(shù)，醫(yī)生可以觀察到大腦在執(zhí)行特定任務(wù)時(shí)的活動(dòng)情況，這對(duì)于神經(jīng)科學(xué)的研究和疾病的診斷具有重要意義。MRI還可以通過(guò)動(dòng)態(tài)對(duì)比增強(qiáng)成像（DCE-MRI）評(píng)估腫瘤的血流情況，進(jìn)一步提高腫瘤的評(píng)估精度。總結(jié) 核磁共振成像憑借其高分辨率軟組織成像、無(wú)輻射危害、多平面成像能力、優(yōu)異的組織對(duì)比度以及動(dòng)態(tài)成像和功能性成像等特點(diǎn)，已成為醫(yī)學(xué)影像學(xué)領(lǐng)域中不可或缺的重要技術(shù)。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，MRI將繼續(xù)在疾病診斷和中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，尤其在軟組織成像和復(fù)雜疾病的早期發(fā)現(xiàn)中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。這篇文章結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容詳實(shí)，使用了相關(guān)的SEO關(guān)鍵詞，適合于優(yōu)化網(wǎng)站排名。如果您有任何特定要求或修改意見(jiàn)，可以告訴我，我會(huì)根據(jù)您的需要進(jìn)一步調(diào)整。

2025-05-19 11:15:18透射電子顯微鏡怎么成像: 透射電子顯微鏡（Transmission Electron Microscope, TEM）作為現(xiàn)代科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要工具，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)等領(lǐng)域。它的工作原理和成像技術(shù)為我們揭示了物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，尤其是能夠深入到納米級(jí)別，觀察細(xì)胞內(nèi)部的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及各類(lèi)材料的晶體結(jié)構(gòu)。本文將詳細(xì)介紹透射電子顯微鏡如何進(jìn)行成像，探討其成像原理、過(guò)程及其優(yōu)勢(shì)，為理解其在科研中的重要作用提供清晰的視角。透射電子顯微鏡的成像原理透射電子顯微鏡通過(guò)利用電子束與樣品的相互作用進(jìn)行成像。與傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡不同，透射電子顯微鏡使用高能電子束而非光線，因?yàn)殡娮硬ㄩL(zhǎng)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光，從而能夠觀察到比光學(xué)顯微鏡更為細(xì)微的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)電子束通過(guò)樣品時(shí)，部分電子被樣品中的原子散射或透過(guò)，另一部分則未受影響。通過(guò)檢測(cè)這些不同的電子束，電子顯微鏡能夠繪制出樣品的詳細(xì)影像。成像過(guò)程電子束的生成與聚焦透射電子顯微鏡的電子束通常由一個(gè)加速器產(chǎn)生并通過(guò)電磁透鏡聚焦成極細(xì)的電子束。加速后的電子束具有極高的能量，可以穿透很薄的樣品。樣品的制備樣品必須足夠薄，以便電子束能夠透過(guò)。一般來(lái)說(shuō)，樣品的厚度需要控制在100nm以下，這樣電子才能順利通過(guò)并獲得清晰的成像。與樣品的相互作用當(dāng)電子束與樣品的原子發(fā)生相互作用時(shí)，部分電子會(huì)被散射，部分則通過(guò)樣品。這些散射電子和透過(guò)電子的不同程度為成像提供了信息。成像與放大整個(gè)透射過(guò)程通過(guò)一系列的透鏡系統(tǒng)，將透過(guò)樣品的電子聚焦到熒光屏或相機(jī)上，從而形成樣品的高分辨率圖像。不同的電子透過(guò)樣品的路徑、散射程度以及強(qiáng)度變化構(gòu)成了圖像的細(xì)節(jié)。透射電子顯微鏡的優(yōu)勢(shì) 高分辨率透射電子顯微鏡的大優(yōu)勢(shì)在于其超高的分辨率，能夠觀察到原子級(jí)別的細(xì)節(jié)。由于電子的波長(zhǎng)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)短，它能揭示光學(xué)顯微鏡無(wú)法捕捉到的微觀結(jié)構(gòu)。納米尺度觀察 TEM不僅能夠看到納米尺度的細(xì)節(jié)，還是觀察材料、細(xì)胞、病毒等微觀結(jié)構(gòu)的首選工具，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究及臨床診斷中。多功能性除了成像，透射電子顯微鏡還可以進(jìn)行化學(xué)成分分析（如電子能量損失譜、X射線能譜等），進(jìn)一步提高了其應(yīng)用的廣泛性和準(zhǔn)確性。結(jié)語(yǔ) 透射電子顯微鏡作為現(xiàn)代科研不可或缺的工具，其高分辨率和獨(dú)特的成像原理使其在微觀結(jié)構(gòu)觀察中具有無(wú)可替代的地位。無(wú)論是在材料科學(xué)還是生物學(xué)領(lǐng)域，TEM為我們提供了觀察微觀世界的新視角和深度，使我們得以深入探索細(xì)胞、材料和納米結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

2022-11-29 10:21:21動(dòng)力電池應(yīng)用 | 超快充(XFC)要求及開(kāi)發(fā)策略: 近來(lái)，盡管動(dòng)力電池快充技術(shù)在快速發(fā)展，但充電時(shí)間，效率和壽命焦慮依然是全球范圍內(nèi)使用電動(dòng)車(chē)的主要焦慮。鋰離子電池以高能量密度和長(zhǎng)壽命成為電動(dòng)車(chē)的主要能源。當(dāng)前，有幾種方式來(lái)控制快充條件下的電池健康狀態(tài)。本文提出了充電協(xié)議的清晰分類(lèi)，將快充協(xié)議分為功率管理協(xié)議，依賴于對(duì)電流，電壓和電池溫度控制的熱管理協(xié)議，以及依賴于鋰離子電池材料物理修飾和化學(xué)結(jié)構(gòu)的材料層面的充電協(xié)議。并分析了每種快充協(xié)議的要求，優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。Fig 1 電動(dòng)汽車(chē)(EV)研究路線圖鋰離子電池不同層級(jí)對(duì)快充的影響材料-電極-電池層級(jí)對(duì)快充的影響鋰離子電池快充協(xié)議快充協(xié)議的目的是降低充電時(shí)間，優(yōu)化效率和循環(huán)壽命，降低充電損失。消除大倍率充電和深度放電所導(dǎo)致的活性物質(zhì)損失，電極表面的SEI膜重整，內(nèi)部溫度變化和減小容量損失。Fig 2 鋰離子電池主要快充充電協(xié)議類(lèi)型Fig 3主要快充協(xié)議的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì) 恒電流恒電位充電協(xié)議CC-CV 作為傳統(tǒng)的充電協(xié)議，其示意圖如Fig 4 所示，即恒電流充到指定電位后，在截止電壓下持續(xù)恒壓充電至電流降低為0.1C 或0.01 C。CC-CV的主要問(wèn)題是充電時(shí)間較長(zhǎng)，且CV恒壓過(guò)程會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Fig 4 恒電流-恒電位充電(CC-CV)示意圖多步恒電流(MCC) 充電協(xié)議種類(lèi)Fig 5 多步恒電流(MCC) 充電協(xié)議種類(lèi)(a) 充電電流多步變換(b) 混合技術(shù)(HT) (c) 條件隨機(jī)變化技術(shù) (CRT)(d) 多步恒電流超快充技術(shù) (ML MCC-CV)MCC充電協(xié)議是通過(guò)多步的變換的恒電流進(jìn)行充電，作為目前最具潛力的超快充技術(shù)，有利于縮短充電時(shí)間，同時(shí)降低電池的衰減和能量損失，并提高效率，降低產(chǎn)生的熱，避免析鋰和過(guò)充等，但是，MCC充電協(xié)議需要對(duì)電池內(nèi)部的電路進(jìn)行全面準(zhǔn)確評(píng)估后才能有效進(jìn)行開(kāi)發(fā)。因此，MCC的開(kāi)發(fā)需要直流和交流阻抗技術(shù)組合使用。熱管理協(xié)議Fig 6 熱管理協(xié)議恒溫-恒壓充電協(xié)議示意圖熱管理充電協(xié)議依賴于對(duì)環(huán)境溫度和電池溫度的控制，溫度作為影響電池老化非常重要的因素, 一種新的快充協(xié)議基于恒溫很恒壓(CT-CV) 如Fig 所示。CTCV基于施加2C電流，然后電流指數(shù)衰減至1C ,當(dāng)電壓到達(dá)4.2V時(shí)，電流開(kāi)始衰減至0.1C。為了維持溫度恒定，采用PID進(jìn)行溫度控制。脈沖電流充電協(xié)議(PCC)Fig 7 脈沖充電電流示意圖Fig 8 脈沖電流充電協(xié)議(a) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-固定占空比(b) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-變化占空比(c) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議-衰減電流(d) 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議高-低電流變化(e) 不同的電壓脈沖PCC 協(xié)議依賴于控制負(fù)載的循環(huán)，頻率和充電脈沖的幅值等，PCC有利于縮短充電時(shí)間，低溫條件下加熱電池，抑制鋰析出，增加功率轉(zhuǎn)換，有利于消除濃差極化。缺點(diǎn)是控制器要求極其復(fù)雜，難度很高。結(jié)論經(jīng)過(guò)以上分析，功率控制協(xié)議，由于充電時(shí)間短，發(fā)熱量低，效率高，避免鋰析出等優(yōu)勢(shì)，成為目前鋰離子電池快充最具潛力的方法之一，由于其波形的復(fù)雜性，對(duì)于溫度的監(jiān)測(cè)，析鋰的有效評(píng)價(jià)等以及鋰離子電池內(nèi)部等效電路的全面分析，對(duì)于所使用的開(kāi)發(fā)設(shè)備提出巨大挑戰(zhàn)。多步電流法及脈沖電流快充協(xié)議，測(cè)試設(shè)備需要具備以下能力。參考文獻(xiàn)1. A Review of Various Fast Charging Power and Thermal Protocols for Electric Vehicles Represented by Lithium-Ion Battery Systems,Future Transp. 2022, 2, 281–299.https://doi.org/10.3390/futuretransp20100152. Detection of Lithium Plating in Li-Ion Cell Anodes Using Realistic Automotive Fast-Charge Profiles, Batteries 2021, 7, 463. Fast Charging of Lithium-Ion Batteries: A Review of Materials Aspects, Adv. Energy Mater.2021, 11, 2101126, DOI: 10.1002/aenm.202101126