Il centro di caratterizzazione e fabbricazione dei materiali serve il mondo accademico e industriale - Physics World

Puoi fornire una breve descrizione di WATLab, dei suoi strumenti principali e di cosa fornisci agli utenti Strumenti principali e cosa fornisci agli utenti

WATLab è una struttura metrologica multiutente presso il Dipartimento di Chimica dell'Università di Waterloo. È stato fondato nel 2000 dal professor Kam Tong Leung e i suoi primi due strumenti erano un microscopio a emissione di campo Leo 1530 e uno strumento di spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS) VG EscaLab. Oggi, gli strumenti a cui si accede più comunemente includono microscopi elettronici a scansione (SEM), XPS, un microscopio elettronico a trasmissione ad alta risoluzione (HRTEM), sistemi di litografia a fascio di elettroni e ioni (forniti da Raith), spettrometria di massa di ioni secondari (SIMS), nonché microscopia a forza atomica, diffrazione di raggi X e spettroscopia Raman e imaging. Abbiamo anche strumenti più specializzati, come un microscopio a ioni di elio Zeiss e un microscopio per imaging Thermo VG Auger, con l'elenco completo disponibile sul nostro sito Web, watlabs.com.

Come interagiscono gli utenti con WATLab? Vengono per utilizzare l'attrezzatura o ti inviano i loro campioni?

Durante la pandemia di COVID-19, siamo passati al servizio remoto. Tuttavia, ora siamo tornati al nostro consueto mix di metrologia di servizio gestita dall'utente (principalmente SEM) e dall'operatore. L'istruzione era una parte importante del mandato originale delle nostre agenzie di finanziamento e offriamo brevi corsi di formazione sull'utilizzo sicuro ed efficace di alcuni degli strumenti. La maggior parte dei progetti prevede anche discussioni con gli utenti su come interpretare i loro risultati e comprendere i limiti dei dati. Tuttavia, gran parte del nostro finanziamento è su un modello a pagamento, quindi discussioni approfondite e il funzionamento degli utenti dei nostri strumenti più complessi e costosi semplicemente non sono convenienti.

Puoi darci un'idea della tua base di utenti all'università: da quali dipartimenti provengono gli utenti?

La maggior parte dei nostri utenti sono studenti e docenti dell'Università di Waterloo e aziende tecnologiche locali. Assistiamo anche ricercatori di università e aziende in fase iniziale di tutto il Canada e negli Stati Uniti. La maggior parte dei nostri strumenti e delle nostre competenze è legata a materiali inorganici come metalli, ceramiche, semiconduttori, sebbene abbiamo realizzato diversi progetti di polimeri e scienze della vita. La nostra base di utenti a Waterloo comprende chimica, fisica, scienze della terra e ambientali. Lavoriamo anche con persone nei dipartimenti di ingegneria, tra cui ingegneria meccanica, chimica, civile e di progettazione di sistemi - e realizziamo progetti occasionali con persone di altri dipartimenti universitari.

Quali sono alcuni dei servizi più richiesti che offrite?

I nostri strumenti più popolari sono i microscopi elettronici a scansione ad emissione di campo con spettroscopia di raggi X a dispersione di energia (SEM/EDS). Nelle nanoscienze, la capacità di osservare e analizzare facilmente i materiali su una scala di decine di nanometri è una delle ragioni per cui il campo si è espanso così tanto negli ultimi anni.   

Successivamente, lo strumento VG-ESCALab XPS è l'attrezzatura più riservata dai nostri utenti.  XPS è un potente strumento per analizzare lo stato di valenza di vari composti. Ad esempio, la grafite ha legami di carbonio con ibridazione sp2 e ibridazione diamante sp3. Queste diverse strutture di legame possono essere osservate nell'XPS come uno spostamento nel picco di energia cinetica del carbonio. Un altro vantaggio dell'XPS è la sua estrema sensibilità superficiale. XPS normalmente sonda solo uno o due nanometri della superficie del campione, senza alcun rumore dal substrato sottostante. Ciò consente di analizzare accuratamente i materiali a film sottile.

Puoi fornire alcuni esempi di alcune notevoli ricerche scientifiche e lavori industriali che sono stati svolti al WATLab?

A livello locale, abbiamo assistito con la risoluzione dei problemi di fabbricazione e la bonifica ambientale. Un membro della facoltà di Scienze della Terra aveva un progetto che cercava la presenza e la forma dell'arsenico nel suolo vicino a un sito minerario. Abbiamo esaminato un gran numero di campioni di sezioni sottili con il SEM per trovare i minerali di arsenico precipitati pesanti e li abbiamo valutati con EDS e XPS per determinare se i composti di arsenico  erano inerti o ambientalmente attivi.   

Un vecchio progetto per BlackBerry con sede a Waterloo era quello di valutare i materiali nella loro catena di approvvigionamento per la presenza di cromo esavalente, che è cancerogeno e vietato nell'Unione Europea.  Poiché varie valenze di cromo sono comunemente utilizzate nei pigmenti e solo il cromo esavalente è pericoloso, ESCALab è stato utilizzato per determinare lo stato di legame del cromo nei materiali.

Più di recente, una start-up locale ha sviluppato un nuovo processo per la fabbricazione di fibre polimeriche soffiate a fusione con fibre più lunghe e sottili per varie applicazioni tra cui pannolini, salviette e filtri. Poi è apparso il COVID-19, quindi l'azienda si è concentrata sull'applicazione del filtro. Le fibre più sottili consentono di rimuovere le particelle più piccole con una minore caduta di pressione attraverso il filtro, il che migliora l'efficienza. Abbiamo utilizzato il SEM per visualizzare i loro materiali in fibra realizzati in condizioni diverse, per determinare quali fattori fossero ottimali.

Quale percorso professionale hai seguito per lavorare in WATLab?

Come Treesearch sta studiando i segreti dei materiali forestali con la scienza del sincrotrone

Ho conseguito una laurea in fisica presso la McGill University di Montreal e un dottorato di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università del Wisconsin-Madison negli Stati Uniti. Il mio progetto di dottorato riguardava la fabbricazione, l'analisi e la misurazione delle proprietà superconduttive dei bordi dei grani di ossido di rame e ittrio bario. Successivamente, ho lavorato come post-dottorato e ricercatore in California, prima di tornare in Canada. Questo mi ha dato esperienza con una varietà di strumenti e tecniche di misurazione, nonché esperienza con le apparecchiature per la risoluzione dei problemi.

Cosa ti piace di più del tuo lavoro?

La cosa più interessante del lavorare in WATLab è la varietà di diversi progetti su cui stanno lavorando i nostri utenti. Studiare gli artefatti (o no!) in un nuovo set di dati è sempre impegnativo. Ho imparato molto sui nostri strumenti e su come applicare questi strumenti in una serie di aree accademiche. Insegnare e comunicare con gli utenti sono altre competenze importanti che ho sviluppato mentre ero al WATLab.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/materials-characterization-and-fabrication-centre-serves-academia-and-industry/