2021年12月31日,中国电镜学会聚焦离子束专业委员会评选出第一届聚焦离子束优秀青年工作者和技术创新奖,材料学院张朋诚工程师被授予“技术创新奖”。该奖项旨在鼓励聚焦离子束的研究人才开拓创新、积极进取、立足本职工作,在聚焦离子束技术研究领域取得独创性或革新性技术突破。一同被授予“技术创新奖”的还有北京大学罗强老师,南京大学邓昱老师被授予“优秀青年工作者奖”。
张朋诚工程师此次获奖的主要贡献为金属基纳米探针的制备。钨纳米针尖在聚焦离子束提样过程中是一种常用耗材,可以方便的实现对透射电镜样品、纳米线等极小样品的焊接和操纵。随着聚焦离子束装机量的持续增长,钨纳米针尖的需求量也与之俱增,但这种常用耗材都由国外供应商提供,供货价格高并且供货渠道容易受阻。
材料学院微纳中心从2011年开始电解腐蚀制备金属基纳米探针的摸索,经大量的测试,提出结合传统金相电解抛光工艺来驯化电解腐蚀制备过程的思路,拓展了现有的电解腐蚀制备金属探针的溶液体系,为金属基探针的制备提供了解决思路和工艺调试标准。随后,提出了高效率自动化制备钨纳米针尖的设想并通过自建设备实现,可以准确调节工艺参数,实现了钨针尖的高成功率自动制备,可以为多种需要金属纳米探针的应用方向提供关键元件。在纳米提样中,相比于厂商供应的曲率半径500 nm,锥角13°的针尖,试制的曲率半径200 nm,尖端锥角6°的高品质针尖,小锥角更易操作,小曲率半径加工更容易,整体更耐用,单个针尖可以使用5次以上,提高了实验效率。试制的针尖交予北京大学,清华大学、北京理工大学、北京工业大学、南京大学、燕山大学、中科院物理所、重庆大学、纳瑞科技、赛默飞、易微科技等多家单位的聚焦离子束用户使用,均获得认可和好评。
批次化制备钨针尖依旧可以保持高良品率和高一致性,左图展示各针尖具有光洁表面和一致外观,右图展示同批次制备中具有相近的针尖形貌。
除此之外,在制作其他种类的针尖方面也取得进展,使用无毒体系制备金纳米针尖具有平滑的表面和小曲率半径,定制微米级铜电极针尖对称性好,表面光洁,均可以用于尖端放电领域。由于业内具有一定的认可度,现已经和相关的厂商开展聚焦离子束离子源用针尖的试制工作。