2016年11月8日，國家自然科學基金重大項目“材料界面的亞埃尺度結構和材料性能”中期評估會議在華南理工大學舉行。經過答辯和討論程序，與會專家一致認為該項目的研究工作取得重要進展。
該項目基于象差校正電子顯微鏡所提供的獲取亞埃尺度界面原子構型的能力，選擇分別與界面電磁-力學-化學特性密切相關的目標材料，將界面組織結構與材料特性聯系起來，同時發展基于亞埃分辨電子顯微學的應變場皮米精度測量方法，探索高空間和元素分辨的三維電子顯微學實驗技術，為物質科學研究開拓新的領域。
項目執行三年以來，發表文章131篇，其中《自然》子刊8篇，《先進材料》、《先進功能材料》等?3篇，《納米快報》、《納米能源》、《納米技術》等4篇，《物理評論快報》2篇。“硅納米結構制備及其應用基礎研究”于2015年獲得教育部自然科學獎一等獎。項目取得的具體進展如下：
- 一是實現氧化物薄膜及超晶格的高質量制備和疇界面的剪裁調控，如在超低溫外延生長鐵酸鋰（LiFe5O8）薄膜，并發現鑭鋇鈷氧（LaBaCo2O5.5+d）外延薄膜各向異性電學特性及氣敏特性等。
- 二是以亞埃分辨的電鏡技術揭示了多種鐵性材料，包括錳酸釔/氧化鋁（YMnO3/Al2O3）、鑭鍶錳氧/鈦酸鍶（La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3）、釔鐵石榴石-鉑（Y3Fe5O12(YIG)-Pt）、鐵酸鉍（BiFeO3）等的晶體缺陷與拓撲疇之間的關聯性。
- 三是用原子尺度的位錯和界面應力分析方法定量表征了材料界面結構、應變場與力學性能的關系，如闡明高溫低應力蠕變條件下鎳基單晶高溫合金葉片材料DD6的γ/γ￠相界演變中合金化元素錸（Re）和界面位錯網絡的交互作用；解釋了納米孿晶銅中當孿晶片層厚度減小到一個臨界尺寸（約為15 nm）以下時反而出現軟化的實驗現象等。
- 四是在原子尺度上觀察了若干能源與催化材料表面結構與生長機制，如直觀看到貴金屬催化劑銠存在六方密排結構，并對其表面化學活性進行了評估；原位揭示了鉑催化石墨烯氧化的機理；原位揭示了原子尺度下鎢催化劑氧化鎢（W18O49）納米線和三碲（硒）化二鉍（Bi2(Te, Se)3）拓撲絕緣體材料的生長機理。
- 五是發展了三維電子顯微學和局域磁性測量技術，一部分是三維形貌電子顯微學與皮米精度電子顯微學，如僅用單張原子像精確重構出MgO晶體表面形貌，不但精度優于單原子水平，而且可檢測出吸附在晶體表面的其他類原子；另一部分是在透射電鏡中發展出了一套適用于不同晶體結構定量測量微納區域磁參數的一般方法。
相關背景：
界面是材料中普遍存在的結構組成單元，對材料的物理性能、化學性能及力學性能均有重要的影響。研究材料界面的結構、性質及其與材料性能之間的關系，是材料科學的重要組成部分。先進的制備與加工技術也可能發展出對界面更好的控制方法，因此材料界面科學從研究界面狀態及行為對材料性能的影響，拓展到界面工程并藉此發展出具有優異性能的新材料。
界面在其法線方向小到納米甚至單層原子，因此對其表征及分析需要很高的分辨能力。由于界面問題的普遍性，使得不僅材料科學，以至凝聚態物理、固態化學、信息科學、能源等領域，都迫切需要高度局域化的表征手段和方法來研究材料和物質中的界面問題。但以往表征方法所能達到的分辨能力還不足以認清一些經典的界面問題或表征新材料體系中的界面特征，像差校正電鏡的出現，使得對物質空間分辨水平得到很大提升，為在亞埃尺度研究材料界面工程中精細原子構型與材料性能的關系提供了重要機遇。
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整理自工程與材料科學部等。編輯：明軒
