從第19屆國際電鏡研討會看電鏡技術最新趨勢與發展：材料世界網

蔡任豐、黃浚瑋/工研院材化所

前言

第19屆國際顯微鏡研討會（19th International Microscopy Congress，IMC19）去年9月於澳洲雪梨舉行。此研討會是顯微鏡領域中四年一度的最大盛宴，全世界之電鏡好手皆齊聚一堂，因此主辦單位也會藉此機會在研討會開始前邀請各領域的高手開班授課，其開課項目橫跨SEM、FIB、CryoEM、Simulations、EELS、EBSD等領域，傳授現今最新穎之技術。

研討會主要分為四大主題：物理科學、生命科學、設備技術以及前瞻技術之討論，前三項主要提供顯微鏡在各領域的應用情形以及新設備技術的開發。值得注意的是，近期硬體的快速發展以及大數據的興起，自動化收集分析結果以及超快速影像偵測器的發明使得數據的產生更為容易，數據量較以往更為龐大，因此大量的分析數據如何儲存（包含檔案讀寫）、數據如何快速處理提供分析線上即時的回饋、整合不同分析設備的數據結果以及檔案如何在計畫管理人與實驗者以及客戶之間流通也成為一個非常重要的議題。

諾貝爾大師的開場演講

結晶學是材料分析中最重要的基礎之一，學過的人應該知道，教科書在一開始就提到材料的對稱性僅有2、3、4以及6重對稱性，5重對稱是不存在的。然而2011年諾貝爾化學獎得主Dan Shechtman教授卻打破常規，發現了具有5重對稱之材料，現稱為準晶（Quasi-crystal）。2018年的大會特別邀請Dan Shechtman給予大家一場非常有啟發性的演講以作為開場。Dan Shechtman教授發現準晶之時，他自己也覺得不太可能具有此種對稱結構，但是經過非常縝密的實驗驗證，他還是接受了具有5重對稱的事實。但學界普遍還是不接受，因此在投稿的過程中履遭挫敗，甚至還被得過兩個諾貝爾獎的大學者Linus Pauling大力的抨擊，認為5重對稱是不存在的。但因為Dan Shechtman教授已經做過了很多的實驗驗證，加上後來日本的XRD結果，最後終於證實了5重對稱晶體的存在。Dan Shechtman教授說：「儘管Linus Pauling教授是諾貝爾大師，但我是TEM專家。」勉勵在場的研究人員，應該要對自己的專業有信心，確定自己實驗的正確性，並且要有不屈不撓的精神，最後就會發現真理。

眼見為憑的世界

人類永遠滿足不了求知慾與好奇心；當代材料分析儀器已具備觀察至原子等級尺度的顯微鏡，但受制於試片製備限制與真空環境條件，實驗本體總是處於非真實環境，或非真實作動情境，”環境式動態電子顯微鏡技術”正是為了解決此問題而發展出的技術，去年受頒IMC 19 (IFSM獲頒勳章) 的Frances M. Ross博士正是此方面的專家，同樣獲頒勳章的Yuichi Ikuhara教授此次受邀的演講主題也是將重點放在臨場應力對材料差排及缺陷變化的研究。中國大陸後起之秀Zhiwei Shan, Xi’an 教授也是將儲氫材料受氫原子與溫度熱的變化狀況藉由電鏡同步觀察，更別說Barry Carter教授這位老前輩了，幾乎所有研究電鏡的科學家都是讀他所寫的書而入門，今年的研究更是將環保能源材料議題，帶進動態電鏡來觀察。

能源材料的進展

能源材料始終會遇到兩個問題：(一). 儲存能源的方法；(二). 優化產生能源的技術。Zhiwei Shan, Xi’an教授則是針對氫能源儲存過程會產生的問題進行動態電子研究，圖一展現的是氧化鋁材料於有無氫柱環境下加熱之變化比較，從圖可以有明顯的看出來，氫氣在受高溫驅使下，容易攻擊金屬使金屬產生缺陷，這使得儲氫材料的選用與壽命遇到挑戰。作者對此發現做了更詳細的研究，並將反應機制推導出來，如圖二所示，氫氣於氧化鋁與金屬鋁介面先形成小氣孔，慢慢隨溫度升高，氣孔會聚集起來，形成更大的缺陷，這使得儲氫材料容易產生失效，對整個儲能行為造成不可逆的傷害。