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四个原子分辨率图像的拼贴,其中像素分别代表钪和铝原子,然后代表合金。
四个原子分辨率图像的拼贴,其中像素分别代表钪和铝原子,然后代表合金。
(左)原子分辨率 S-TEM 图像以及伪彩色元素图。绿色 和红色分别代表Sc和Al原子。右上角是 Al 和 Sc 地图 是超级强加的。 (右)叠加地图 (ROI-1) 的裁剪部分显示 Al-Sc合金晶胞。箭头显示 Sc 原子迁移到 Al 位点。
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有一种方法可以实现原子分辨率成像。

铝被用于许多需要轻质金属的应用中。结合铝 钪是一种稀土金属,密度几乎与铝一样低,但密度较小 扩散速率(分子穿过金属的速率,极大地影响 受温度影响),所得合金能够承受更大的热量 并具有较大的抗拉强度。可用于制造飞机、自行车、枪械、 以及未来的汽车。

钪与铝的结合方式会影响合金强度吗?为了弄清楚这一点,研究人员 足球比赛结果使用多种方法来了解什么 发生在原子水平。

Paul Sanders,Patrick Horvath 材料科学副教授 工程系、材料科学与工程系研究生杨阳 试图通过添加钪来强化铝。杨先生准备合金样品 通过快速凝固。他通过以下方式快速冷却铝和钪金属汤: 将少量液态金属滴在旋转轮上,这迫使液滴 当它冷却形成合金时变成带状。

四个原子分辨率图像的拼贴,其中像素分别代表钪和铝原子,然后代表合金。
(左)原子分辨率 STEM 图像以及伪彩色元素图。绿色 和红色分别代表Sc和Al原子。右上角是 Al 和 Sc 地图 是超级强加的。 (右)叠加地图 (ROI-1) 的裁剪部分显示 Al-Sc合金晶胞。箭头表示Sc原子向Al位点的迁移。  

在其母体形式中,铝具有面心立方晶体结构,这意味着 铝原子位于立方体的角和面。去哪里 钪原子与铝晶体结构键合?桑德斯和杨使用 原子分辨率能量色散 X 射线光谱 (EDS) 测绘以确定 铝基体中钪原子的位置。

科学家将分析电子显微镜称为“机器实验室”;除了 以原子分辨率成像,显微镜提供化学成分信息 样本的。人们不仅可以看到样品中原子的排列方式, 很容易确定其中存在哪些元素。

EDS 是如何工作的?当高能电子用于显微镜成像时 与样品中的原子碰撞,X射线从样品中发射出来。这些X光片 携带样本中存在的元素的签名。研究人员使用探测器 收集这些特征X射线。

像差校正 FEI Titan Themis 扫描透射电子显微镜 (STEM) 密歇根理工学院应用化学和形态分析实验室,使电子束宽度小于一个原子。这使得研究人员能够扫描 一次对一个原子列进行采样。此外,实验室还有一个 SuperXTMX 射线探测器,由四个探测器组成的阵列,可收集四倍的 X 射线 比传统探测器。

结合这两种技术,研究人员可以原子分辨率进行元素映射。

元素图显示钪原子正在移动到 立方晶体结构,而铝原子占据立方体的面。 这就是所谓的化学有序 L12结构。有趣的是,在八分之一的案例中,研究人员发现了一些 铝位点中的钪原子。当这些合金快速凝固时就会发生这种情况。

这些方法足够强大,可以在 铝现场。

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