用世界上最先进欧洲杯足球竞彩的显微镜之一推动材料研究

请你告诉读者一些关于你自己和你在阿尔伯特·克鲁电子显微镜中心的情况好吗？

我现在是扫描透射电子显微镜中心在利物浦大学，我领导了一个由学术研究人员、技术人员、PDRAs和研究生组成的团队，研究高空间、时间和能量分辨率的方法，用于成像材料的原子尺度结构和控制扩散、能量传输的动态过程进展，欧洲杯足球竞彩和退化。

从我在剑桥大学获得博士学位开始，我已经在这个领域工作了30年，在2017年开始在利物浦工作之前，我在美国工作了25年。在美国，我曾在伊利诺伊大学(University of Illinois)、加州大学(University of California)、美国能源部(Department of Energy)的几个国家实验室(Oak Ridge、劳伦斯伯克利(Lawrence Berkeley)、劳伦斯利弗莫尔(Lawrence Livermore)和西北太平洋(Pacific Northwest))担任过学术职务，并在芝加哥成立了一家分拆公司，致力于将我的知识产权用于压缩传感领域的商业应用。

我研究的潜在主题是开发成像方法，为材料提供新的见解，以满足社会对新型清洁能源的生产、转换、储存和传输的需求。欧洲杯足球竞彩

艾伯特克鲁电子显微镜中心对材料研究的发展有何贡献?欧洲杯足球竞彩

在ACC中，我们专注于方法的进步，允许在电子显微镜中形成真实的现实世界环境，并进行研究，最大限度地减少电子束对样品的影响。

虽然多年来电子显微镜对材料结构提供了许多见解，并且像差校正允许最高的空间分辨率，但大多数分析都是在显微镜的真空中进行的。例如欧洲杯足球竞彩，ACC的工作目标是在液体或大气压力下对材料进行成像，以便我们能够了解特定材料周围环境的变化如何导致不同的特性。这方面的一个例子是研究液体电解质中的电池电极，以直接成像充放电循环期间固体电解质界面（SEI）和树枝晶的形成。对动力学的强调意味着我们必须非常小心地只使用最少数量的电子来形成图像（STEM/TEM中的电子会损坏样品并改变动力学），这就是为什么我们现在的目标是在所有实验中使用压缩传感和人工智能。

利物浦大学最近获得了英国工程与物理科学研究委员会480万英镑的资助，用于最先进的扫描透射电子显微镜(STEM)。欧洲杯线上买球为什么这对在原子尺度上研究新材料很重要?欧洲杯足球竞彩

材料的许多基本性质是由原子在界面和缺陷上的排列所控制的。欧洲杯足球竞彩对于许多正在为清洁能源应用而开发欧洲杯足球竞彩的材料和工艺来说，原子在这些界面和缺陷上的扩散对于决定工艺的效率、控制、降解过程以及最终如何回收材料至关重要。

在Pt电极上沉积Li(浅色对比)的原位图像(深色对比)。现场跟踪整个过程可以识别过程的动力学和关键结构特征。图片来源:B. L. Mehdi, E. Nasybulin, J. Qian, C. Park, D. A. Welch, R. Faller, H. Mehta, W. A. Henderson, W. Xu, C. M.Wang, J. E. Evans, J. -G。Zhang, K. T. Mueller，和n·d·布朗宁,纳米快报152168 - 2173 (2015)

通过在原子尺度上研究结构和过程，我们可以评估特定性质的基本限制和控制/改进任何应用的机制。

从上面的电池例子继续，我们研究电池系统的目的是了解电极和电解质之间的界面的哪一部分控制充放电循环中锂离子的溶剂化/脱溶。

你能告诉我们扫描透射电子显微镜是如何工作的，它与透射电子显微镜（TEM）相比如何？

STEM和TEM都使用通过样品传输的电子来形成图像，这两种技术都需要使用非常薄的样品(通常小于100纳米厚)。这两种方法的区别在于光束投射到样品表面的方式以及用来形成图像的散射特征。

的TEM、电子镜头是用来制造大面积平面波照明样品,和原子水平图像相差的不同阶段形成的电子波散落在标本导致的干涉图样的原子的特性。

(a)公共领域测试图像“Barbara”。(b) 25%随机下采样的‘Barbara’图像。(c)缺失的信息可以通过inpainting算法恢复，优化后可以很好地表示原始图像。该方法可用于较低采样率(减少损伤)的深思熟虑的样本实验，从而使缺失的信息得以恢复。图片来源:D. Nicholls, J. Lee, H. Amari, A. J. Stevens, B. L. Mehdi，n·d·布朗宁，纳米尺度12,21248 -21254(2020)。

在STEM中，镜头被聚焦到一个尽可能小的点(通常是0.1纳米，在原子尺寸)，当探测器收集每个点的散射时，这个点在样品上被光栅化。

在最常见的高角度探测器中，对比度近似于卢瑟福散射，图像可以具有与光束大小相同的原子空间分辨率。

利物普大学使用的新茎是用尖端人工智能（AI）开发的。这将如何成为改变显微镜性能的关键因素？

电子显微镜已经有能力看到单个原子/原子柱50年了。在20世纪90年代，像差校正器的发展导致了信号水平的提高，这意味着现在能够看到单个原子已经成为常规。

然而，当图像形成时，电子束本身会对样品造成损伤——在实验过程中实质上改变了样品。这意味着有很多新材料——有机物、混合材料、纳米材料——在这些材料中，激光束会造成太大的破坏，欧洲杯足球竞彩无法在原子尺度上成像。这种新型显微镜利用压缩感知(即减少样本采样)和机器学习(即填充缺失信息)的最新进展，将剂量降低到损伤阈值以下。这些方法为成像全新类别的材料和每一类材料的动力学打开了通道，其中结果不受束诱导的改变。欧洲杯足球竞彩

STEM显微镜如何彻底改变了材料表征，并允许研究人员随着先进能源技术和生物材料的发展而欧洲杯足球竞彩前进?

在原子尺度上看到能源系统、有机物和生物材料结构的能力是理解功能的关键。欧洲杯足球竞彩

在能源系统方面，STEM使人们了解了下一代锂离子电池的正负极材料结构和嵌锂动力学。STEM中的生物材料研究是一个更新的领域，而在这里，该领域仍在不断突破界限（新的显微镜，比如利物浦的显微镜），以达欧洲杯足球竞彩到这一点。

是否有任何值得注意的研究发现，如果不使用茎杆是不可能的？

在过去的几年里，最重要的开发领域之一是在样品周围创建液体/气体环境的原位阶段的使用。这些新环境带来了一系列的研究成果，包括对成核和生长的基本原理、天然环境中的生物材料、有机物的自组装，以及对电池和催化剂功能的直接操作观察。欧洲杯足球竞彩

电子显微镜如何挑战空间、时间和能量分辨率的极限?

只有一种实验方法可以直接成像分布在样品内部或表面的单个原子，那就是电子显微镜。除了像差校正器使原子分辨率成为常规，探测器和脉冲电子源的进步意味着观测的时间分辨率可以遵循原子的自然扩散路径，或者观察电子/磁相互作用或键的形成/断裂的基本时间尺度。

最近在单色仪方面的另一项发展使光谱学具有与红外光谱学相同的灵敏度。单个分子可以在表面上被识别，相互作用可以用显微镜的原子尺度空间分辨率来探测。

科学、技术、工程、数学(STEM)如何允许对新型变革性材料的扩散过程进行观察和量化?欧洲杯足球竞彩这对材料科学的未来意味着什么?欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

样品沉浸到其原生环境(气体或液体),能够偏见样品电,光,热,或能够施加一个应力/应变的示例中,我们可以看到原子移动材料时,在同等条件下时,那将是它的功能。

以前，在进行应力/应变/光学/化学测试之前，必须进行显微镜检查，然后在非原位测试之后，将样品切割为STEM准备。显微镜学家的目标是尝试识别发生的变化，并将它们与对发生的过程的理解联系起来。通过直接观察这个过程，我们可以获得更多关于多步骤动态的见解。这可以迅速导致新结构、组合和架构的开发，这些新结构、组合和架构将增强能源技术的性能，以及其他许多技术。

你能谈谈在更高时空成像/光谱方法方面的新发展吗?

除了新的STEM，我们还在开发一个新的相对论超快电子衍射和成像(RUEDI)设备，它将把观测的时间分辨率提高到飞秒级。作为UKRI基础设施项目的一部分，该设施将由利物浦大学和其他合作伙伴合作开发，显微镜将设在达尔斯伯里实验室。加上ACC的新STEM和英国Daresbury的SuperSTEM，利物浦城市地区将是世界上最先进的电子显微镜技术的家。

储能系统在社会中变得越来越重要。STEM解决方案的发展如何帮助这个行业进一步发展?

优化储能系统的能量密度、寿命和可回收性是英国走向碳中性运输和能源经济的关键。STEM正在加速理解每种电极/电解质组合的功能，并能快速测试降解机制和再循环选项。通过这些详细的原子分辨率实验加速电池系统的材料选择、界面设计和整个生命周期是STEM方法的关键部分。欧洲杯足球竞彩

在开发干细胞时是否遇到过挑战?这些挑战是如何解决的?

在开发新的仪器仪表时，总是会遇到不可预见的挑战。这些挑战包括显微镜所处的室内稳定性、显微镜柱中的环境控制、散射过程的物理和图像的质量。无论在哪里，STEM领域的所有开发都是努力追踪局限性并创造最佳成像系统的结果。也许这些挑战中最大的是像畸变校正器的开发，它可以释放我们今天看到的STEM/TEM的大部分能量。在那里，计算机速度和电子稳定性赶上了校正畸变的物理学。

你知道任何与STEM相关的未来发展对材料科学的未来有重要意义吗?欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

如上所述，在成像过程中对光束伪影的控制将是在更广泛的材料系统中实施STEM方法的关键。STEM用于有机物或混合材料的方式与用于半导体和陶瓷的方式不同，AI的使用将解决这个问题。欧洲杯足球竞彩

你将来有什么重要的研究可以讨论吗?

虽然我们在原则上知道如何使用人工智能来改善图像质量，并分析显微镜下的成像，但目前的方法过于缓慢，无法常规使用。我们目前正致力于提高速度，并使用机器学习来提高最先进显微镜的自主性——本质上，我们希望创造出世界上第一个自动驾驶的STEM。

读者在哪里可以找到更多的信息?

读者如欲了解更多有关艾伯特克鲁电子显微镜中心的资料，请浏览我们的网站:https://www.liverpool.ac.uk/albert-crewe-centre/

关于奈杰尔·布朗宁教授

奈杰尔·布朗宁教授目前是利物浦大学工程学院和物理科学学院的电子显微镜系主任，以及阿尔伯特·克鲁电子显微镜中心主任(自2017年以来)。欧洲杯线上买球

他在英国雷丁大学获得物理学学士学位(1988)，在英国剑桥大学获得物理学博士学位(1991)。他曾任职橡树岭国家实验室(1992-1995)，劳伦斯伯克利国家实验室(2003-2006)，劳伦斯利弗莫尔国家实验室(2006-2011)，最近是太平洋西北国家实验室(PNNL)化学成像倡议(CII)的实验室研究员和倡议领导(2011-2017)。

奈杰尔·布朗宁，1996-2002年担任伊利诺伊大学芝加哥分校物理学助理教授，2003-2011年担任加州大学戴维斯分校材料科学教授，2009-2011年担任分子生物学教授。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球

他拥有超过30年的经验，在开发新的电子显微镜方法，用于工程和生物结构的高空间、时间和光谱分辨率分析。他是美国科学促进会(AAAS)和美国显微镜学会(MSA)的会员。欧洲杯线上买球

由于在扫描透射电子显微镜(STEM)中的原子分辨方法的发展，勃朗宁于2002年获得了美国显微镜学会的伯顿奖，并于2003年获得了美国陶瓷学会的科布尔奖。2008年，他与LLNL的同事们一起获得了“研发100奖”和“纳米50奖”，并因动态透射电子显微镜(DTEM)的发展于2010年获得了“今日显微镜创新奖”。

他发表了400多篇论文(被引用30000次，h-index=89)，并应邀发表了300多篇关于先进TEM方法的发展和应用的报告。

在他的职业生涯中，他是超过50名博士学生和博士后研究助理的主要研究顾问，其中许多人现在在世界各地的机构领导他们自己的研究项目。

他的大部分研究生涯都是在美国度过的，在那里他参与了57个由联邦和地方政府、非盈利基金会和行业支持的研究项目。在这些项目中，他直接负责所有项目1.9亿美元资金中的2500万美元，包括领导PNNL的4200万美元/7年CII。

在过去的四年里，他一直在一家初创公司(Nuxutra)担任联合创始人和战略副总裁，该公司正在将他在PNNL研究员期间共同开发的知识产权商业化(总共10项专利，涉及压缩传感、超分辨率、以及用于高级成像技术的机器学习)。

在英国，布朗宁教授的主要研究领域与锂离子电池相关，他是法拉第研究所支持的回收（ReLiB）项目的合作者，也是法拉第研究所支持的表征项目的首席研究员。就回收项目而言，他的工作主要集中在了解化学和生物回收动力学，以期开发可纳入英国经济的新方法。