Science | 电子束敏感晶体材料的原子成像

主要观点总结

本文介绍了使用高分辨透射电镜（HRTEM）对电子束敏感材料进行成像的研究进展。研究人员在面对功能材料，特别是有机-无机杂化材料对电子束敏感带来的挑战时，采取了多种策略来减轻电子束损伤，如降低电子束能量、冷冻TEM技术、开发高灵敏度相机技术等。文章重点介绍了晶带轴自动对准技术和图像对齐方法的创新，这些技术对于观察金属有机框架（MOFs）等脆弱材料的局部结构具有重要意义。此外，文章还展示了使用HRTEM在分析UiO-66等材料的结构方面的应用，并介绍了通过CTF校正技术来改善图像质量的方法。最后，文章讨论了该研究的局限性和未来发展方向。

关键观点总结

关键观点1: 功能材料结构-性能关系的重要性及HRTEM在揭示材料微观结构方面的作用。

功能材料的结构与性能关系是研究的核心，而HRTEM是一种先进的结构表征工具。然而，许多功能材料对电子束敏感，易受损，这给研究带来了挑战。

关键观点2: 金属有机框架（MOFs）在气体存储、分离和催化等领域的应用潜力及HRTEM成像的挑战。

MOFs是一类新兴的多孔材料，具有可设计的结构和优异的性能。然而，MOFs的有机配体对电子束极为敏感，给其微观结构表征带来了巨大挑战。

关键观点3: 电子束损伤机制及减轻束损伤的策略。

电子束损伤机制包括击出损伤、加热效应和辐解等。研究人员采取了多种策略来减轻束损伤，如降低电子束能量、使用冷冻TEM技术、开发高灵敏度相机技术等。

关键观点4: 晶带轴自动对准技术的开发及其在HRTEM中的应用。

研究人员最近开发了一种新颖的晶带轴自动对准技术，该技术基于电子衍射图中劳厄圆的识别和分析，实现了晶体样品晶带轴的快速、精确对准。

关键观点5: 图像对齐方法在解决电子束敏感材料HRTEM成像中的挑战中的应用。

图像对齐方法为解决电子束敏感材料在HRTEM成像中因电子束诱导样品运动导致图像模糊的问题提供了新的可能。通过整合图像堆栈中所有帧的傅里叶变换，并识别强振幅像素，可以使用“振幅过滤器”方法提高低剂量电子显微图像的质量。

关键观点6: HRTEM技术在分析MOFs及有机-无机杂化钙钛矿等材料结构方面的应用。

通过使用HRTEM技术，研究人员能够清晰地观察到UiO-66等MOFs的微观结构，包括三角形通道、金属簇和有机连接体。此外，该技术还应用于分析有机-无机杂化钙钛矿的结构，揭示了该材料中存在铁电序。

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