李偉　朱振國　黃睿

摘 要：透射電子顯微鏡是材料科學研究者進行材料形貌、物質結構及微區(qū)成分分析的重要工具，透射電子顯微鏡具有高分辨率，可以在納米或原子尺度上研究物質的顯微結構、化學組成以及電子結構，大大加深了對物質結構與性能關系的理解，從而極大地推進了物理、化學、材料、地質礦物、生命科學相關領域的發(fā)展。該文簡要介紹了透射電鏡在高校中的開放管理方針，以及對培訓教學方案的探索，從而提高儀器在高校教學以及科研中的使用效率，與此同時能夠積極的服務當?shù)厣鐣?jīng)濟，創(chuàng)造良好的社會效益。

關鍵詞：透射電鏡 分權限 開放管理 培訓教學

中圖分類號：TN16 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0158-02

新材料開發(fā)是人類生存、社會發(fā)展及科技進步的堅實基礎，材料的表面形態(tài)和化學結構即是決定材料性能的基本因素，也是影響材料表面性能的主要因素，透射電子顯微鏡是對材料微觀形貌與元素結構分析研究的最基本手段，已成為研究材料結構與性能關系所不可缺少的重要工具，并已廣泛用于微生物學、醫(yī)學、化學、材料學、地質學等相關領域的科研與生產(chǎn)實踐。

透射電鏡的成像原理是阿貝提出的相干成像，用電子束代替平行入射光束，用薄膜狀的樣品代替周期性結構物體，就可重復衍射成像過程。改變中間鏡的電流，使中間鏡的物平面從一次像平面移向物鏡的后焦面，可得到衍射譜。反之，讓中間鏡的物平面從后焦面向下移到一次像平面，就可看到像。因此，透射電鏡可同時進行材料晶體結構的電子衍射分析與高分辨像分析，配合能譜儀可以實現(xiàn)元素的定性與定量分析，能方便的直接觀察、研究材料的內部的相組成和分布，是研究材料微觀組織最有力的工具之一。透射電鏡一般是電子光學系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源與控制系統(tǒng)三大部分組成。電子光學系統(tǒng)通常稱為鏡筒，是透射電子顯微鏡的核心，它又可以分為照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和觀察記錄系統(tǒng)[1]。電鏡中的電子光學系統(tǒng)主要包括電子槍、聚光鏡、試樣臺、物鏡、物鏡光闌、選區(qū)光闌、中間鏡、投影鏡和觀察記錄系統(tǒng)等幾部分組成，其成像的光路與光學顯微鏡基本相同[2]。

隨著科技的進步，社會的發(fā)展，高新材料的開發(fā)已成為經(jīng)濟發(fā)展的基石。近幾年來，國家經(jīng)濟水平的提高，進一步加大了對高?？蒲械耐顿Y力度。許多高校已配有能夠在納米或原子尺度上研究物質的顯微結構、化學組成以及電子結構的透射電子顯微鏡。但作為尖端精密儀器，透射電鏡不能做到隨時使用，并且維修價格高昂。因此，如何高效率、低成本的使透射電子顯微鏡資源最大化，是每位實驗工作者面臨的實際問題。該文就透射電鏡的開放管理、培訓教學等方面進行了總結與探索。

1 透射電鏡的開放管理

目前，筆者學校擁有一臺日立公司生產(chǎn)的H7650透射電子顯微鏡，其擁有較高的分辨率，同時具有換樣方便、性能穩(wěn)定等一系列優(yōu)點，是觀察納米形貌和解析結構有效的儀器，也是研究材料結構與性能關系所不可缺少的重要工具，是完成高水平科研課題的必備條件[3]。目前測試樣品來源不僅涉及到材料科學與工程學院的各個專業(yè)，并且在環(huán)境與化學工程學院、紡織學部等相關專業(yè)也有廣泛的應用。

目前，隨著學校本科、研究生招生規(guī)模的不斷擴大，科研經(jīng)費的投入力度增大、科研項目的增多，對于透射電鏡測試的需求也日趨上升，另一方面，透射電鏡價格昂貴，易于損壞，維修成本高昂，樣品制備要求高。

基于以上兩個主要問題，我們主要采用開放管理與培訓教學相協(xié)同的方針，具體實施方法如下。

理論培訓：我們把電鏡的基本結構、功能介紹、工作原理、應用領域、樣品制備、儀器的操作步驟、以及因誤操作可能會出現(xiàn)的故障現(xiàn)象等制成多媒體課件，在課堂上進行詳細講解，給學生留下生動而又深刻的印象，達到理解到位的目的，這種利用多媒體教學手段，教師引導下的討論啟發(fā)式教學，既活躍了課堂氣氛，又保證了很好的培訓教學效果[4]。教學與實踐相結合，在課堂教學過程中取得了優(yōu)異效果。分批組織學生參觀電鏡室，讓學生對儀器事物有著直觀的了解，加深對理論知識的了解，做到學以致用，理論知識與實際應用相結合。在參觀過程中，由儀器管理老師現(xiàn)場操作電鏡并同時講解操作方法與相關注意事項。在儀器管理老師的指導下，讓學生實際操作儀器，通過對實驗設備近距離的觀察和實際操作，讓學生對儀器的整體構造和實際操作有一個直觀的認識，能夠把在課堂上所講述關于電鏡的樣品準備、儀器設備工作原理、操作步驟等理論內容聯(lián)系到實際運用，更好的掌握相關知識。

培訓上崗：針對不同課題組的對透射電鏡的需求，定期進行相應的操作培訓，培訓內容包括樣品制備、透射電鏡的使用操作等。并且培訓范圍覆蓋到每個對透射電鏡有需求的課題組以及任何想要學習透射電鏡操作的學生個人，首先，我們的管理老師進行具體演示，深入剖析每個操作步驟，講述可能遇到的相關問題以及具體的解決方法，并且在儀器管理老師的指導下，組織每位學生進行上機操作，進一步加深對理論知識的理解以及電鏡的工作原理認知，經(jīng)過多次培訓以后，由大型儀器持證人主持進行考核，考核通過，并得到大型儀器持證人的同意后，方可獨立上機操作。培訓的效果能夠保證每個課題組至少有1～2名學生能夠獨立規(guī)范操作透射電鏡，這樣，不僅能夠提高電鏡的使用效率，而且能夠培養(yǎng)學生對儀器操作的動手能力。

開放學習：除了定期用于滿足各課題組科研需要的專業(yè)培訓，在儀器測試時間開放實驗室，感興趣的同學可以隨時進入觀摩學習，考核通過的同學可以扮演老師的角色進行講解，把自己的學習經(jīng)驗傳授給同學，在這個過程中，講解的同學對于理論知識又能夠系統(tǒng)的復習一遍。這樣不僅為更多的學生提供便利，提高設備的使用價值。并且能夠減輕管理人員壓力，讓管理人員能夠有更多的時間去查閱文獻，開發(fā)儀器功能，提高儀器的使用效率，培養(yǎng)高素養(yǎng)、專業(yè)型，創(chuàng)新性畢業(yè)生，服務于社會和行業(yè)。

勤工助研：考慮到透射電鏡的測試需要大，全天候開放儀器方能滿足科研需求，每天超負荷工作會使人非常疲憊，管理老師不可能整天處于工作狀態(tài)。因此，每年我們培養(yǎng)兩位有責任心、動手能力強的研究生協(xié)助教師管理儀器，使電鏡的開放測試由原來的工作日擴展到晚上、周末及節(jié)假日，從而提高儀器在高校教學以及科研中的使用效率，滿足了廣大學生的測試需求。

2 透射電鏡的培訓教學

為使儀器高效正常運轉，在完成學校教學、科研任務的前提下，我們會定期開放培訓課程，通過老師的講解和示范，學生的反饋與演練，使學生借助現(xiàn)代化教學手段，更好地理解、掌握電鏡的相關知識，開拓思路，為將來的科研和工作奠定基礎，培訓結束后對學生進行嚴格的考核，考核合格后方可獨立上機操作，以確保儀器的正常運行。

此外，我們對該臺透射電鏡的操作步驟進行了詳細錄像，感興趣的師生可以通過手機等多媒體按照培訓小視頻，迅速掌握儀器操作技巧。另外，我們建立了QQ網(wǎng)絡交流平臺，實現(xiàn)師生實時對話交流，對電鏡測試中常見的問題進行及時溝通和反饋，及時解決學生遇到的問題，減少錯誤的發(fā)生，避免資源的浪費。

透射電鏡已為筆者學校多項材料相關的國家高技術研究發(fā)展計劃課題（863）、國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃（973）、國家自然基金等國家級與省部級項目及企業(yè)項目提供了測試服務，作為筆者學校材料研究的實驗平臺，在科學研究和人才培養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用。此外，在滿足學校教學和科研任務需求的同時，我們積極敞開大門為社會經(jīng)濟服務，供當?shù)仄髽I(yè)的使用，實現(xiàn)高校與企業(yè)的聯(lián)合，更好地服務當?shù)亟?jīng)濟，達到產(chǎn)學研相結合的目標。

3 大型儀器的網(wǎng)絡化管理

在大型儀器的使用預約及管理方面，我們構建了大型網(wǎng)絡預約計費網(wǎng)絡平臺：在每周的周一上午工作時間，開放預約系統(tǒng)，讓有測試需要的同學按照規(guī)定預約符合自身時間安排的測試時間。需要測試的學生只需在測試前將自己的樣品制備好，到自己的測試預約時間提前10 min到儀器室測試。并且實施人性化管理，對于急需測試又沒有在規(guī)定時間預約的同學，儀器管理人員會根據(jù)實際情況適當延長儀器工作時間。此外，平臺還具有網(wǎng)絡評價及自動扣費等功能。網(wǎng)絡平臺的運行充分的利用儀器資源，提高了儀器的使用效率，節(jié)省時間及運行成本。

4 結語

透射電鏡是目前高校教學、科研工作中非常重要的一臺大型精密儀器設備，儀器設備的管理制度直接影響到實驗教學質量以及科研水平的提高，因此加強和健全儀器設備的管理制度尤為重要。正確合理地管理和使用這臺儀器，不但能夠減少儀器維護保養(yǎng)費用，確保儀器正常的運行及使用，而且能夠提高高校的教學質量以及科研水平、獲得良好的經(jīng)濟效益和社會效益，促進產(chǎn)學研的協(xié)調統(tǒng)一發(fā)展。

參考文獻

[1] 李霞章，王文昌，王昕，等.透射電子顯微鏡培訓教學探索與實踐[J].廣州化工，2013（10）：212-213.

[2] 李宏靜，李寶河，俱海浪.透射電鏡的維護及拍攝高質量電鏡照片的經(jīng)驗[J].實驗室科學，2014（6）：1-3.

[3] 賈志宏，丁立鵬，陳厚文.高分辨掃描透射電子顯微鏡原理及其應用[J].物理，2015（7）：446-452.

[4] 方勤方. 透射電子顯微鏡實驗課教學方法探討[J]. 中國地質教育，2011（1）：75-77.