Trung tâm chế tạo và đặc tính hóa vật liệu phục vụ giới hàn lâm và công nghiệp – Physics World

Trung tâm chế tạo và đặc tính hóa vật liệu phục vụ giới hàn lâm và công nghiệp – Physics World

Dấu thời gian: 4:2023 sáng ngày 5 tháng 41 năm XNUMX

Nina Heinig là một nhà nghiên cứu vật liệu quản lý Phòng thí nghiệm Công nghệ Tiên tiến Waterloo (WATLab), một trung tâm nghiên cứu chế tạo và mô tả đặc tính vật liệu đa ngành ở Waterloo, Canada. Cô nói với Hamish Johnston về các thiết bị và dịch vụ của WATLab cũng như cách chúng được các nhà nghiên cứu sử dụng trong nhiều lĩnh vực

Nina Heinig
Đặc tính đa ngành Nina Heinig tại WATLab tại Đại học Waterloo. (Được phép: Đại học Waterloo)

Bạn có thể mô tả ngắn gọn về WATLab, các công cụ chính của nó và những gì bạn cung cấp cho người dùng các công cụ chính và những gì bạn cung cấp cho người dùng không

WATLab là cơ sở đo lường đa người dùng thuộc Khoa Hóa học của Đại học Waterloo. Nó được thành lập vào năm 2000 bởi giáo sư Kam Tong Leung và hai thiết bị đầu tiên của nó là kính hiển vi phát xạ trường Leo 1530 và công cụ quang phổ quang điện tử tia X (XPS) VG EscaLab. Ngày nay, các thiết bị được sử dụng phổ biến nhất bao gồm kính hiển vi điện tử quét (SEM), XPS, kính hiển vi điện tử truyền qua có độ phân giải cao (HRTEM), hệ thống quang khắc chùm tia điện tử và ion (do Raith cung cấp), quang phổ khối ion thứ cấp (SIMS), cũng như kính hiển vi lực nguyên tử, nhiễu xạ tia X và quang phổ Raman và hình ảnh. Chúng tôi cũng có các công cụ chuyên dụng hơn, chẳng hạn như kính hiển vi ion helium Zeiss và kính hiển vi hình ảnh Thermo VG Auger, với danh sách đầy đủ có sẵn trên trang web của chúng tôi, watlabs.com.

Người dùng tương tác với WATLab như thế nào? Họ đến để sử dụng thiết bị hay gửi mẫu cho bạn?

Trong đại dịch COVID-19, chúng tôi đã chuyển sang dịch vụ từ xa. Tuy nhiên, hiện tại chúng tôi đã quay lại phương pháp kết hợp thông thường giữa đo lường dịch vụ do người dùng vận hành (chủ yếu là SEM) và dịch vụ của nhà điều hành. Giáo dục là một phần quan trọng trong nhiệm vụ ban đầu từ các cơ quan tài trợ của chúng tôi và chúng tôi cung cấp các lớp đào tạo ngắn hạn về cách sử dụng một số công cụ một cách an toàn và hiệu quả. Hầu hết các dự án cũng liên quan đến việc thảo luận với người dùng về cách diễn giải kết quả của họ và hiểu những hạn chế của dữ liệu. Tuy nhiên, phần lớn nguồn tài trợ của chúng tôi là theo mô hình tính phí theo dịch vụ, vì vậy các cuộc thảo luận rộng rãi và hoạt động của người dùng đối với các công cụ phức tạp và đắt tiền hơn của chúng tôi đơn giản là không hiệu quả về mặt chi phí.

Bạn có thể cho chúng tôi biết ý tưởng về cơ sở người dùng của bạn tại trường đại học không – người dùng đến từ những khoa nào?

Hầu hết người dùng của chúng tôi là sinh viên và giảng viên tại Đại học Waterloo và các công ty công nghệ địa phương. Chúng tôi cũng hỗ trợ các nhà nghiên cứu từ các trường đại học và các công ty ở giai đoạn đầu trên khắp Canada và Hoa Kỳ. Hầu hết các công cụ và chuyên môn của chúng tôi đều liên quan đến vật liệu vô cơ như kim loại, gốm sứ, chất bán dẫn, mặc dù chúng tôi đã thực hiện một số dự án khoa học đời sống và polyme. Cơ sở người dùng của chúng tôi tại Waterloo bao gồm hóa học, vật lý, trái đất và khoa học môi trường. Chúng tôi cũng làm việc với những người ở các khoa kỹ thuật bao gồm kỹ thuật thiết kế cơ khí, hóa học, dân dụng và hệ thống – và thỉnh thoảng chúng tôi thực hiện các dự án với những người từ các khoa khác của trường đại học.

Một số dịch vụ phổ biến nhất mà bạn cung cấp là gì?

Các công cụ phổ biến nhất của chúng tôi là kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường với quang phổ tia X phân tán năng lượng (SEM/EDS). Trong khoa học nano, khả năng dễ dàng quan sát và phân tích vật liệu ở quy mô chiều dài hàng chục nanomet là một trong những lý do khiến lĩnh vực này được mở rộng rất nhiều trong những năm gần đây.   

VG-ESCALab XPS
Người dùng yêu thích VG-ESCALab XPS đã được sử dụng để nghiên cứu trạng thái liên kết crom trong vật liệu bột màu. (Được phép: Đại học Waterloo)

Sau đó, công cụ VG-ESCALab XPS là thiết bị được người dùng của chúng tôi dành nhiều sự quan tâm nhất.  XPS là một công cụ mạnh mẽ để phân tích trạng thái hóa trị của các hợp chất khác nhau. Ví dụ, than chì có liên kết cacbon với lai hóa sp2 và lai hóa kim cương sp3. Những cấu trúc liên kết khác nhau này có thể được quan sát thấy trong XPS dưới dạng sự thay đổi ở đỉnh động năng carbon. Một ưu điểm khác của XPS là độ nhạy bề mặt cực cao. XPS thường chỉ thăm dò một hoặc hai nanomet của bề mặt mẫu mà không có bất kỳ tiếng ồn nào từ chất nền bên dưới. Điều này cho phép người ta phân tích chính xác các vật liệu màng mỏng.

Bạn có thể đưa ra một vài ví dụ về một số công việc nghiên cứu khoa học và công nghiệp đáng chú ý đã được thực hiện tại WATLab không?

Tại địa phương, chúng tôi đã hỗ trợ xử lý sự cố trong chế tạo và khắc phục môi trường. Một giảng viên khoa học Trái đất đã có một dự án tìm kiếm sự hiện diện và dạng asen trong đất gần khu khai thác mỏ. Chúng tôi đã xem xét một số lượng lớn các mẫu cắt mỏng bằng SEM để tìm ra các khoáng chất asen kết tủa nặng và đánh giá chúng bằng EDS và XPS để xác định xem các hợp chất asen có  trơ hoặc hoạt động với môi trường.   

Một dự án cũ hơn của BlackBerry có trụ sở tại Waterloo là đánh giá các vật liệu trong chuỗi cung ứng của họ để phát hiện sự hiện diện của crom hóa trị sáu, chất gây ung thư và bị cấm ở Liên minh Châu Âu.  Vì các hóa trị khác nhau của crom thường được sử dụng trong các chất màu và chỉ có crom hóa trị sáu là nguy hiểm nên ESCALab được sử dụng để xác định trạng thái liên kết crom trong vật liệu.

Gần đây hơn, một công ty khởi nghiệp ở địa phương đã phát triển một quy trình mới để chế tạo sợi polyme tan chảy với sợi dài hơn và mịn hơn cho nhiều ứng dụng khác nhau bao gồm tã lót, khăn lau và bộ lọc. Sau đó Covid-19 xuất hiện nên công ty tập trung vào ứng dụng lọc. Sợi mỏng hơn cho phép loại bỏ các hạt nhỏ hơn với mức giảm áp suất nhỏ hơn trên bộ lọc, giúp cải thiện hiệu quả. Chúng tôi đã sử dụng SEM để chụp ảnh các vật liệu sợi được chế tạo trong các điều kiện khác nhau nhằm xác định yếu tố nào là tối ưu.

Bạn đã đi theo con đường sự nghiệp nào để làm việc tại WATLab?

Tôi đã lấy bằng đại học vật lý tại Đại học McGill ở Montreal và bằng Tiến sĩ về khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Đại học Wisconsin-Madison ở Hoa Kỳ. Dự án tiến sĩ của tôi là chế tạo, phân tích và đo lường các đặc tính siêu dẫn của ranh giới hạt oxit đồng yttri bari. Sau đó, tôi làm nghiên cứu sinh sau tiến sĩ và nhà khoa học nghiên cứu ở California trước khi trở về Canada. Điều này đã mang lại cho tôi trải nghiệm với nhiều công cụ và kỹ thuật đo lường khác nhau cũng như trải nghiệm về thiết bị xử lý sự cố.

Bạn thích điều gì nhất ở công việc của mình?

Điều thú vị nhất khi làm việc tại WATLab là sự đa dạng của các dự án khác nhau mà người dùng của chúng tôi đang thực hiện. Việc nghiên cứu các đồ tạo tác (hoặc không!) trong một tập dữ liệu mới luôn là một thách thức. Tôi đã học được rất nhiều điều về các công cụ của chúng tôi và cách áp dụng những công cụ này trong một số lĩnh vực học thuật. Giảng dạy và giao tiếp với người dùng là những kỹ năng quan trọng khác mà tôi đã phát triển khi làm việc tại WATLab.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý