微观过程的新观点

20多年来，密苏里大学机械和航空航天工程副教授马特·马施曼(Matt Maschmann)一直在研究需要专业技术的材料——电子显微镜——才能被人眼看到。

“当我们处理在纳米级上相互作用的材料时，如果没有电子显微镜的帮助，我们无法物理看到正在发生的过程，例如电池的充电和放电，”Maschmann说。

现在，在美国国家科学基金会为期两年的800万美元赠款和大学的额外000万美元的支持下，Maschmann和MU的一组研究人员正在从Protochips购买新设备，这将使研究人员能够进行科学实验，同时实时观察反应 - 在赛默飞世尔科学光谱300透射电子显微镜(TEM)的镜头下， 位于Roy Blunt NextGen Precision Health大楼的电子显微镜核心(EMC)设施中。

“TEM能够让研究人员以高达原子分辨率的分辨率可视化反应和材料变化，这是惊人的，”Maschmann说。

“但是在TEM环境中进行实验具有挑战性，因为只有少量材料可以放入TEM室，并且系统在高真空环境中运行。传统上，研究人员在实验前后获取材料外观的TEM图像，这使他们能够对材料变化的原因和方式做出有根据的假设。

Maschmann说，有了新设备，研究人员将能够通过实时观察整个实验来更好地了解材料结构的最基本水平。

他说，他们还可以使用新设备在电子显微镜内的三种不同环境(液体，气体或真空)中进行实验。这些新功能将使他们能够探索和观察不同材料对不同环境刺激(如热或电)的反应。

“例如，我们将能够检查纳米材料的组成，直到原子水平，”Maschmann说，他通过与Hongbin “Bill” Ma一起担任本科生而对科学研究感兴趣，Hongbin “Bill” Ma现在是他在MU的同事之一。“我们可以通过观察原子的运动来获得详细的测量结果，甚至可以确定原子是什么元素。

新设备还包括主动图像稳定功能，可防止图像在研究人员跟踪反应时移动、模糊或失焦。

“如果我们没有这种[主动图像稳定]，这些实验将是一个大问题，”Maschmann说。“例如，如果我们迅速加热一种材料，它就会膨胀和移动。因此，如果我们的原始视野只有几百纳米，一旦施加热量，我们感兴趣的区域就会超出我们原来的观察区域。因此，我们可能会错过我们打算观察的反应。

在这个材料科学水平上还有很多东西需要探索，Maschmann对这种新设备可以提供的机会感到兴奋，以帮助推进MU及其他地区的科学研究。他说，EMC设施可用于支持四所UM系统大学中的任何一所的教师的科学研究，包括TEM的新设备。

该赠款还突出了EMC与MU材料科学与工程研究所(MUMSI)之间的跨学科合作。MUMSI于2021年作为MU工程学院和MU艺术与科学学院之间的合作伙伴关系开放，其目标是促进整个大学围绕材料研究和工程教育的合作。Maschmann也是MUMSI的联合主任。

“MRI：获取用于原位和操作中透射电子显微镜实验的活性支架”由美国国家科学基金会(2216026)授予。MU的Matthias J. Young，Xiaoqing He，Jaewon Lee和Maria Mills也参与了这个项目。内容完全由作者负责，不一定代表资助机构的官方观点。

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