Centrum charakteryzacji i wytwarzania materiałów służy środowisku akademickiemu i przemysłowi – Physics World

Czy możesz podać krótki opis WATLaba, jego głównych instrumentów i tego, co zapewniasz użytkownikom? Główne instrumenty i to, co zapewniasz użytkownikom

WATLab to wieloużytkownikowa placówka metrologiczna na Wydziale Chemii Uniwersytetu Waterloo. Została założona w 2000 roku przez profesora Kam Tong Leunga, a jej pierwsze dwa instrumenty to polowy mikroskop emisyjny Leo 1530 i narzędzie do rentgenowskiej spektroskopii fotoelektronów (XPS) VG EscaLab. Obecnie do najczęściej dostępnych instrumentów należą skaningowe mikroskopy elektronowe (SEM), XPS, transmisyjny mikroskop elektronowy o wysokiej rozdzielczości (HRTEM), systemy do litografii wiązką elektronów i jonów (dostarczane przez Raith), spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS), a także mikroskopia sił atomowych, dyfrakcja promieni rentgenowskich i spektroskopia Ramana oraz spektroskopia obrazowa. Dysponujemy również bardziej specjalistycznymi narzędziami, takimi jak mikroskop helowo-jonowy Zeiss i mikroskop obrazowy Thermo VG Auger, których pełna lista dostępna jest na naszej stronie internetowej, watlabs.com.

Jak użytkownicy wchodzą w interakcję z WATLabem? Czy przychodzą, aby skorzystać ze sprzętu, czy wysyłają do Ciebie próbki?

W czasie pandemii Covid-19 przestawiliśmy się na obsługę zdalną. Jednakże obecnie powróciliśmy do naszego zwykłego połączenia metrologii obsługiwanej przez użytkownika (głównie SEM) i usług operatorskich. Edukacja stanowiła dużą część pierwotnego zadania naszych agencji finansujących, dlatego oferujemy krótkie zajęcia szkoleniowe na temat bezpiecznego i skutecznego korzystania z niektórych narzędzi. Większość projektów obejmuje również dyskusje z użytkownikami na temat interpretacji wyników i zrozumienia ograniczeń danych. Jednakże większość naszego finansowania opiera się na modelu opłata za usługę, więc szerokie dyskusje i obsługa naszych bardziej złożonych i kosztownych narzędzi przez użytkowników są po prostu nieopłacalne.

Czy możesz nam przybliżyć bazę użytkowników na uniwersytecie – z jakich wydziałów pochodzą użytkownicy?

Większość naszych użytkowników to studenci i wykładowcy Uniwersytetu Waterloo oraz lokalne firmy technologiczne. Pomagamy także badaczom z uniwersytetów i firm na wczesnym etapie rozwoju z całej Kanady i USA. Większość naszych narzędzi i wiedzy specjalistycznej dotyczy materiałów nieorganicznych, takich jak metale, ceramika, półprzewodniki, chociaż zrealizowaliśmy kilka projektów z zakresu polimerów i nauk przyrodniczych. Nasza baza użytkowników w Waterloo obejmuje chemię, fizykę, nauki o Ziemi i środowisku. Współpracujemy również z osobami z wydziałów inżynieryjnych, w tym inżynierii mechanicznej, chemicznej, lądowej i projektowania systemów – a okazjonalnie realizujemy projekty z osobami z innych wydziałów uczelni.

Jakie są najpopularniejsze usługi, które oferujecie?

Naszymi najpopularniejszymi narzędziami są skaningowe mikroskopy elektronowe z emisją polową i spektroskopią rentgenowską z dyspersją energii (SEM/EDS). W nanonauce możliwość łatwej obserwacji i analizy materiałów w skali kilkudziesięciu nanometrów jest jednym z powodów tak znacznego rozwoju tej dziedziny w ostatnich latach.   

Z drugiej strony narzędzie VG-ESCALab XPS jest sprzętem najczęściej zarezerwowanym przez naszych użytkowników.  XPS to potężne narzędzie do analizy stanu wartościowości różnych związków. Na przykład grafit ma wiązania węglowe z hybrydyzacją sp2 i hybrydyzacją diamentu sp3. Te różne struktury wiązań można zaobserwować w XPS jako przesunięcie piku energii kinetycznej węgla. Kolejną zaletą XPS jest jego wyjątkowa czułość powierzchni. XPS zwykle sonduje tylko jeden lub dwa nanometry powierzchni próbki, bez żadnych zakłóceń pochodzących z podłoża. Pozwala to na dokładną analizę materiałów cienkowarstwowych.

Czy możesz podać kilka przykładów godnych uwagi badań naukowych i prac przemysłowych przeprowadzonych w WATLab?

Lokalnie pomagaliśmy w rozwiązywaniu problemów produkcyjnych i rekultywacji środowiska. Jeden z pracowników wydziału nauk o Ziemi realizował projekt mający na celu sprawdzenie obecności i formy arsenu w glebie w pobliżu terenów górniczych. Przeanalizowaliśmy dużą liczbę próbek cienkościennych za pomocą SEM, aby znaleźć ciężko wytrącone minerały arsenu i oceniliśmy je za pomocą EDS i XPS, aby określić, czy związki arsenu  były obojętne lub aktywne dla środowiska.   

Starszy projekt firmy BlackBerry z siedzibą w Waterloo polegał na ocenie materiałów w łańcuchu dostaw pod kątem obecności sześciowartościowego chromu, który jest rakotwórczy i zakazany w Unii Europejskiej.  Ponieważ w pigmentach powszechnie stosuje się chrom o różnej wartościowości, a niebezpieczny jest tylko chrom sześciowartościowy, do określenia stanu wiązania chromu w materiałach zastosowano ESCALab.

Niedawno lokalna firma typu start-up opracowała nowy proces wytwarzania włókien polimerowych dmuchanych ze stopu z dłuższymi i delikatniejszymi włóknami do różnych zastosowań, w tym pieluch, chusteczek i filtrów. Potem pojawił się wirus Covid-19, więc firma skupiła się na zastosowaniu filtra. Cieńsze włókna umożliwiają usuwanie mniejszych cząstek przy mniejszym spadku ciśnienia na filtrze, co poprawia wydajność. Wykorzystaliśmy SEM do zobrazowania materiałów włóknistych wytworzonych w różnych warunkach, aby określić, które czynniki są optymalne.

Jaką ścieżką kariery podążałeś, aby pracować w WATLabie?

Jak Treesearch bada tajemnice materiałów leśnych za pomocą nauki synchrotronowej

Ukończyłem studia licencjackie z fizyki na Uniwersytecie McGill w Montrealu oraz doktorat z nauk o materiałach i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Wisconsin-Madison w USA. Mój projekt doktorancki polegał na wytwarzaniu, analizie i pomiarze właściwości nadprzewodzących granic ziaren tlenku itru i baru i miedzi. Następnie pracowałem jako post-doc i pracownik naukowy w Kalifornii, zanim wróciłem do Kanady. Dzięki temu zdobyłem doświadczenie w posługiwaniu się różnymi narzędziami i technikami pomiarowymi, a także w rozwiązywaniu problemów ze sprzętem.

Co sprawia Ci największą przyjemność w swojej pracy?

Najciekawszą rzeczą w pracy w WATLab jest różnorodność różnych projektów, nad którymi pracują nasi użytkownicy. Badanie artefaktów (lub nie!) w nowym zbiorze danych jest zawsze wyzwaniem. Dowiedziałem się wiele o naszych narzędziach i o tym, jak je stosować w wielu obszarach akademickich. Nauczanie i komunikowanie się z użytkownikami to kolejne ważne umiejętności, które rozwinąłem w WATLabie.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Motoryzacja / pojazdy elektryczne, Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Przesunięcia bloków. Modernizacja własności offsetu środowiskowego. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/materials-characterization-and-fabrication-centre-serves-academia-and-industry/