Materialekarakteriserings- og fremstillingscenter betjener den akademiske verden og industrien - Physics World

Materialekarakteriserings- og fremstillingscenter betjener den akademiske verden og industrien - Physics World

Tidsstempel: 4. august 2023 kl. 5

Nina Heinig er en materialeforsker, der leder Waterloo Advanced Technology Laboratory (WATLab), som er et multidisciplinært forskningscenter for materialekarakterisering og fremstilling i Waterloo, Canada. Hun fortæller Hamish Johnston om WATLabs instrumenter og tjenester, og hvordan de bruges af forskere inden for en lang række områder

Nina Heinig
Tværfaglig karakteristik Nina Heinig ved WATLab ved University of Waterloo. (Med høflighed: University of Waterloo)

Kan du give en kort beskrivelse af WATLab, dets vigtigste instrumenter og hvad du giver brugernes hovedinstrumenter og hvad du giver brugerne

WATLab er en flerbruger metrologifacilitet i Department of Chemistry ved University of Waterloo. Det blev etableret i 2000 af professor Kam Tong Leung, og dets første to instrumenter var et Leo 1530 feltemissionsmikroskop og et VG EscaLab X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) værktøj. I dag omfatter de mest almindeligt tilgængelige instrumenter scanningselektronmikroskoper (SEM'er), XPS, et højopløsningstransmissionselektronmikroskop (HRTEM), elektron- og ionstrålelitografisystemer (leveret af Raith), sekundær ionmassespektrometri (SIMS) samt atomkraftmikroskopi, røntgendiffraktion og Raman og billeddannelsesspektroskopi. Vi har også mere specialiserede værktøjer, såsom et Zeiss helium ion mikroskop og et Thermo VG Auger billeddannelsesmikroskop, med den komplette liste tilgængelig på vores hjemmeside, watlabs.com.

Hvordan interagerer brugere med WATLab? Kommer de ind for at bruge udstyret, eller sender de deres prøver til dig?

Under COVID-19-pandemien gik vi over til fjernservice. Men vi er nu gået tilbage til vores sædvanlige blanding af brugerbetjent (hovedsageligt SEM) og operatørservicemetrologi. Uddannelse var en stor del af det oprindelige mandat fra vores finansieringsbureauer, og vi tilbyder korte kurser i at bruge nogle af værktøjerne sikkert og effektivt. De fleste projekter involverer også diskussioner med brugerne om, hvordan de skal fortolke deres resultater og forstå dataens begrænsninger. Men meget af vores finansiering er på en gebyr-for-service-model, så omfattende diskussioner og brugerbetjening af vores mere komplekse og dyre værktøjer er simpelthen ikke omkostningseffektivt.

Kan du give os en idé om din brugerbase på universitetet – hvilke institutter kommer brugerne fra?

De fleste af vores brugere er studerende og fakulteter ved University of Waterloo og lokale teknologivirksomheder. Vi bistår også forskere fra universiteter og tidlige virksomheder fra hele Canada og i USA. De fleste af vores værktøjer og ekspertise er relateret til uorganiske materialer såsom metaller, keramik, halvledere, selvom vi har lavet flere polymer- og biovidenskabelige projekter. Vores brugerbase hos Waterloo spænder over kemi, fysik, jord- og miljøvidenskab. Vi arbejder også med folk i ingeniørafdelinger, herunder mekaniske, kemiske, anlægs- og systemdesigningeniører - og vi laver lejlighedsvise projekter med folk fra andre universitetsafdelinger.

Hvad er nogle af de mest populære tjenester, du tilbyder?

Vores mest populære værktøjer er felt-emission scanningselektronmikroskoper med energidispersiv røntgenspektroskopi (SEM/EDS). Inden for nanovidenskab er evnen til let at observere og analysere materialer på XNUMX-nanometers længdeskala en af ​​grundene til, at feltet er blevet så meget udvidet i de senere år.   

VG-ESCALab XPS
Brugernes favorit VG-ESCALab XPS er blevet brugt til at studere chrombindingstilstanden i pigmentmaterialer. (Med høflighed: University of Waterloo)

Derefter er VG-ESCALab XPS-værktøjet det udstyr, der er mest reserveret af vores brugere.  XPS er et kraftfuldt værktøj til at analysere valenstilstanden af ​​forskellige forbindelser. For eksempel har grafit kulstofbindinger med sp2 hybridisering og diamant sp3 hybridisering. Disse forskellige bindingsstrukturer kan iagttages i XPS som et skift i kulstofkinetiske energitop. En anden fordel ved XPS er dens ekstreme overfladefølsomhed. XPS sonderer normalt kun den ene eller to nanometer af prøveoverfladen uden støj fra det underliggende substrat. Dette gør det muligt at analysere tyndfilmsmaterialer nøjagtigt.

Kan du give et par eksempler på bemærkelsesværdig videnskabelig forskning og industrielt arbejde, der er blevet udført på WATLab?

Lokalt har vi bistået med fabrikationsfejlfinding og miljøsanering. Et jordvidenskabeligt fakultetsmedlem havde et projekt, der ledte efter tilstedeværelsen og formen af ​​arsen i jorden i nærheden af ​​et minested. Vi gennemgik et stort antal tynde snitprøver med SEM for at finde de tungt udfældede arsenmineraler og evaluerede disse med EDS og XPS for at bestemme, om arsenforbindelserne  var inaktive eller miljøaktive.   

Et ældre projekt for Waterloo-baserede BlackBerry var at evaluere materialer i deres forsyningskæde for tilstedeværelsen af ​​hexavalent chrom, som er kræftfremkaldende og forbudt i EU.  Da forskellige valenser af chrom almindeligvis anvendes i pigmenter, og kun hexavalent chrom er farligt, blev ESCALab brugt til at bestemme chrombindingstilstanden i materialer.

For nylig udviklede et lokalt nystartet firma en ny proces til fremstilling af smelteblæste polymerfibre med længere og finere fibre til forskellige anvendelser, herunder bleer, servietter og filtre. Så dukkede COVID-19 op, så virksomheden fokuserede på filterapplikationen. Tyndere fibre gør det muligt at fjerne mindre partikler med et mindre trykfald over filteret, hvilket forbedrer effektiviteten. Vi brugte SEM til at afbilde deres fibermaterialer lavet under forskellige forhold for at bestemme, hvilke faktorer der var optimale.

Hvilken karrierevej fulgte du for at arbejde hos WATLab?

Jeg tog en bachelorgrad i fysik ved McGill University i Montreal og en PhD i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved University of Wisconsin-Madison i USA. Mit ph.d.-projekt var at fremstille, analysere og måle de superledende egenskaber af yttrium barium kobberoxid korngrænser. Derefter arbejdede jeg som post-doc og forsker i Californien, inden jeg vendte tilbage til Canada. Dette gav mig erfaring med en række forskellige værktøjer og måleteknikker, samt erfaring med fejlfindingsudstyr.

Hvad nyder du bedst ved dit job?

Det mest interessante ved at arbejde hos WATLab er de mange forskellige projekter, som vores brugere arbejder på. At studere artefakter (eller ej!) i et nyt datasæt er altid udfordrende. Jeg har lært meget om vores værktøjer, og om hvordan man anvender disse værktøjer på en række akademiske områder. Undervisning og kommunikation med brugere er andre vigtige færdigheder, som jeg har udviklet, mens jeg var på WATLab.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden