【所屬領(lǐng)域】
尖端科學儀器
【痛點問題】
科學儀器是科學研究和工程應(yīng)用的重要基礎(chǔ)和手段。然而，我國尖端科學儀器長期依賴進口現(xiàn)狀堪憂，面臨“卡脖子”巨大風險。
【成果介紹】
本項目在國家重大科學儀器專項項目支持下，經(jīng)過4年產(chǎn)學研用相結(jié)合技術(shù)攻關(guān)，成功研制了能表征樣品形貌與內(nèi)部納米級結(jié)構(gòu)的新型掃描探針顯微鏡，并實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
研制了高穩(wěn)定度激光器、高靈敏度光學檢測器、高Q值掃描探針等核心關(guān)鍵部件，突破了基于ARM+DSP的自適應(yīng)隨機共振微弱信號檢測方法、基于脈沖發(fā)送皮層模型多頻超聲圖像融合方法以及基于非下采樣剪切波變換的局部方差融合方法等核心關(guān)鍵技術(shù)，建立了RBG 彩色圖像融合模型，成功研制了能表征樣品形貌與內(nèi)部納米級結(jié)構(gòu)的新型掃描探針顯微鏡。同時，通過在航天、醫(yī)學、生物材料、電子器件等領(lǐng)域的實際使用，進一步改進與完善，提高了儀器的可靠性、有效性和實用性。
成果展示
【技術(shù)優(yōu)勢】
在內(nèi)部超聲圖像分辨率、最大可檢測樣品厚度等指標方面達到了國際領(lǐng)先水平。
【技術(shù)指標】
與國內(nèi)外同類儀器比較，總體技術(shù)指標到達了國際先進水平，部分指標達到了國際領(lǐng)先水平。經(jīng)過具有國家儀器檢測資質(zhì)的第三方測試結(jié)果，各項技術(shù)指標見下表：
指標項目 |
數(shù)值 |
表面形貌 |
橫向分辨率 |
0.1nm |
縱向分辨率 |
0.1nm |
空間定位精度 |
0.02nm |
內(nèi)部超聲圖像 |
分辨率 |
47.3nm |
最大檢測深度 |
121μm |
內(nèi)部缺陷檢測 |
X向分辨率 |
43.4nm |
Y向分辨率 |
43.7nm |
Z向分辨率 |
49.4nm |
最大掃描范圍 |
114μm ×111μm |
主控制系統(tǒng) |
采集信號通道數(shù) |
4 |
帶寬 |
10.023H z-50.9M H z |
【資質(zhì)榮譽】
2021年湖北省科技進步二等獎。
【技術(shù)成熟度】
已有樣品/樣機，可量產(chǎn)。
【應(yīng)用場景】
本項目當前在航天、醫(yī)學、生物材料、電子器件等領(lǐng)域已局部應(yīng)用。
1. 廣州市本原納米儀器有限公司（本項目共同產(chǎn)業(yè)化單位）評價：“研制了多種掃描探針顯微領(lǐng)域的關(guān)鍵部件和模塊，包括國內(nèi)首臺基于 ARM+DSP 雙核處理器的高性能掃描探針顯微鏡主控制器、原子力顯微鏡液相成像模塊、高精度可控高偏壓導(dǎo)電原子力顯微鏡模塊等，這些部件和模塊具有很好的獨立性和通用性，可直接提供給掃描探針顯微鏡類儀器的研發(fā)單位和用戶使用，也可與其他同類儀器配套使用并實現(xiàn)相應(yīng)功能，具有很好的市場前景。”
2. 武漢銳科光纖激光技術(shù)股份有限公司（本項目產(chǎn)業(yè)化單位）評價：“項目所攻克的高穩(wěn)定度、小光斑光纖激光器新技術(shù)與新工藝，對于提升我公司生產(chǎn)的 1W-100W 小功率激光器的性能和技術(shù)指標、完善工藝水平發(fā)揮了重要作用，提升了公司產(chǎn)品質(zhì)量，擴大了產(chǎn)品種類與應(yīng)用范圍，取得了較好的經(jīng)濟效益。”
3. 湖北航天技術(shù)研究院總體設(shè)計所評價：“由于高頻復(fù)合超聲掃描探針顯微鏡能夠?qū)崿F(xiàn)對微小內(nèi)部缺陷的檢測，在對于安全性和可靠性要求很高的部件上應(yīng)用可剔除可能影響設(shè)備壽命、可靠性的不良部件，確保設(shè)備長期可靠，對提高未來天線罩涂層和光學鍍膜等航天零部件的質(zhì)量和水平意義重大。”
4. 國家納米科學中心評價：“利用高頻復(fù)合超聲掃描探針顯微鏡對該類材料進行表面及內(nèi)部成像，通過與其它表征手段對比，揭示材料的組裝機制，及材料與腫瘤細胞間的相互作用。研究過程中也對儀器設(shè)備成像效果的改進、納米生物材料的抽樣檢查以及納米生物材料與腫瘤細胞的特性研究提供了重要幫助。”
5. 武漢嘉盛科技有限公司評價：“采用該儀器進行了初步試用，主要將其用于高壓電源關(guān)鍵制造電感密封材料-環(huán)氧樹脂樣品的表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的成像掃描與分析，為探索不同干燥等工藝對于所產(chǎn)生的裂紋的關(guān)系與影響起到了非常重要的作用與影響，為我公司承擔國家重點工程相關(guān)項目發(fā)揮了巨大作用。”
6. 上海眾瀕科技有限公司評價：“我們利用利用該設(shè)備的原子力功能和高頻復(fù)合超聲掃描探針功能對微電子打印電路、液態(tài)金屬電子的微電子功能器件、刮涂涂層和薄膜及相關(guān)半導(dǎo)體制程的微納米結(jié)構(gòu)及缺陷進行檢測表征，尤其是高頻復(fù)合超聲掃描探針功能可以直接檢測薄膜下方的微觀結(jié)構(gòu)，對我們?nèi)嵝噪娮又圃旃に嚨年P(guān)鍵參數(shù)調(diào)試選擇起到很好的作用。”
7. 廣州市區(qū)番禺大龍業(yè)爍機械加工廠評價：“作為微晶玻璃陶瓷的切削及研磨等超精密加工全程的輔助技術(shù)手段，高頻復(fù)合超聲掃描探針顯微鏡具有材料內(nèi)部信息檢測功能，在對于工件精度要求很高的超精密加工中，可在加工前對原料進行檢測，剔除因存在內(nèi)部缺陷、可能影響工件加工質(zhì)量的材料，對確保加工成品率、提升有效工時發(fā)揮了重要的作用。”
【知識產(chǎn)權(quán)】
本項目已申請2項中國發(fā)明專利、1項軟件著作權(quán)。
【合作方式】
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價入股、技術(shù)開發(fā)。
【聯(lián)系方式】
CG23019
