美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（ARL）的材料科學(xué)家正在使用最先進(jìn)的3D成像原子探針技術(shù)分析原子級(jí)的金屬和陶瓷樣品。這項(xiàng)研究旨在解決下一代防彈衣系統(tǒng)的材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以保證士兵安全。

為了了解他們正在使用的尺寸，想象一下頭發(fā)的寬度。樣品比人發(fā)小一千倍。
    “原子探針為我們提供了原子級(jí)的三維重建。”實(shí)驗(yàn)室武器和材料研究理事會(huì)的材料科學(xué)家Chad Hornbuckle博士說(shuō)。 “當(dāng)你看到由數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的，這些點(diǎn)實(shí)際上是單個(gè)原子。它基本上是世界上唯一能夠在原子水平上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的機(jī)器。有些機(jī)器，如透射電子顯微鏡或TEM，進(jìn)行化學(xué)分析，但它不精確。你可能只有一次效果，但如果化學(xué)變化，下次你會(huì)得到完全不同的效果，如果你無(wú)法控制化學(xué)反應(yīng)，就無(wú)法控制這些屬性。”

     研究人員通過(guò)噴砂或銑削產(chǎn)生非常尖銳的尖端，準(zhǔn)備對(duì)金屬和陶瓷樣品進(jìn)行分析。然后使用雙光束掃描電子顯微鏡施加化學(xué)元素鎵。樣品準(zhǔn)備好后，將它們插入原子探針中。探頭內(nèi)部是超冷真空。使用激光或電壓脈沖，科學(xué)家們將小尖端上的原子電離，導(dǎo)致各個(gè)離子從表面蒸發(fā)。然后分析和識(shí)別蒸發(fā)的離子，這就形成近原子分辨率的3D模型。
電沉積是一種產(chǎn)生薄金屬涂層的過(guò)程。我們?cè)谑褂闷渌椒ㄗR(shí)別這個(gè)階段時(shí)遇到了問(wèn)題，但原子探測(cè)器確切地告訴我們它是什么以及它是如何分配的。這臺(tái)機(jī)器的功能令人印象深刻，你可以實(shí)時(shí)看到原子出現(xiàn)。再次，它是在納米尺度，所以它比所有其他表征技術(shù)更精細(xì)。原子探針很容易告訴我們，兩種不同類型的氫化銅相，這不是我們可以檢測(cè)到的其他方法。陸軍使用的那種原子探測(cè)器是美國(guó)發(fā)現(xiàn)的少數(shù)幾種原子探測(cè)器之一。

   “由于原子探針的數(shù)量有限，大學(xué)也會(huì)自帶樣品進(jìn)行分析。我們合作的一所大學(xué)是利哈伊大學(xué)。”霍恩巴克爾說(shuō)。 “起初，這次合作更多的是相互交流的專業(yè)知識(shí)，我在原子探針中分析了他們的一些樣品，并使用他們的像差校正透射電子顯微鏡來(lái)分析我們的一些銅鉭樣品。我們現(xiàn)在繼續(xù)這種合作。“陸軍還與阿拉巴馬大學(xué)合作進(jìn)行原子級(jí)分析。

    這些伙伴關(guān)系使陸軍能夠使用大學(xué)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。 通過(guò)這項(xiàng)研究獲得的基礎(chǔ)知識(shí)將適用于當(dāng)前的陸軍的問(wèn)題以及未來(lái)陸軍相關(guān)材料的開發(fā)。

來(lái)源：3d打印網(wǎng)

編輯：董強(qiáng)