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高頻復合超聲掃描探針顯微鏡

2023-07-19 16:04:41
云上高博會 http://www.gxf2npi.xyz
所屬領域:
生物、醫藥及醫療機械
項目成果/簡介:

本項目在國家重大科學儀器專項項目支持下,經過4年產學研用相結合技術攻關,成功研制了能表征樣品形貌與內部納米級結構的新型掃描探針顯微鏡,并實現了產業化。

研制了高穩定度激光器、高靈敏度光學檢測器、高Q值掃描探針等核心關鍵部件,突破了基于ARM+DSP的自適應隨機共振微弱信號檢測方法、基于脈沖發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鍵技術,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部納米級結構的新型掃描探針顯微鏡。同時,通過在航天、醫學、生物材料、電子器件等領域的實際使用,進一步改進與完善,提高了儀器的可靠性、有效性和實用性。

圖1 成果展示

【技術優勢】

在內部超聲圖像分辨率、最大可檢測樣品厚度等指標方面達到了國際領先水平。

【技術指標】

與國內外同類儀器比較,總體技術指標到達了國際先進水平,部分指標達到了國際領先水平。經過具有國家儀器檢測資質的第三方測試結果,各項技術指標見下表:

【資質榮譽】

2021年湖北省科技進步二等獎。

應用范圍:

本項目當前在航天、醫學、生物材料、電子器件等領域已局部應用。

1. 廣州市本原納米儀器有限公司(本項目共同產業化單位)評價:“研制了多種掃描探針顯微領域的關鍵部件和模塊,包括國內首臺基于 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單位和用戶使用,也可與其他同類儀器配套使用并實現相應功能,具有很好的市場前景。”

2. 武漢銳科光纖激光技術股份有限公司(本項目產業化單位)評價:“項目所攻克的高穩定度、小光斑光纖激光器新技術與新工藝,對于提升我公司生產的 1W-100W 小功率激光器的性能和技術指標、完善工藝水平發揮了重要作用,提升了公司產品質量,擴大了產品種類與應用范圍,取得了較好的經濟效益。”

3. 湖北航天技術研究院總體設計所評價:“由于高頻復合超聲掃描探針顯微鏡能夠實現對微小內部缺陷的檢測,在對于安全性和可靠性要求很高的部件上應用可剔除可能影響設備壽命、可靠性的不良部件,確保設備長期可靠,對提高未來天線罩涂層和光學鍍膜等航天零部件的質量和水平意義重大。”

4. 國家納米科學中心評價:“利用高頻復合超聲掃描探針顯微鏡對該類材料進行表面及內部成像,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鍵制造電感密封材料-環氧樹脂樣品的表面形貌及內部結構的成像掃描與分析,為探索不同干燥等工藝對于所產生的裂紋的關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項目發揮了巨大作用。”

6. 上海眾瀕科技有限公司評價:“我們利用該設備的原子力功能和高頻復合超聲掃描探針功能對微電子打印電路、液態金屬電子的微電子功能器件、刮涂涂層和薄膜及相關半導體制程的微納米結構及缺陷進行檢測表征,尤其是高頻復合超聲掃描探針功能可以直接檢測薄膜下方的微觀結構,對我們柔性電子制造工藝的關鍵參數調試選擇起到很好的作用。”

7. 廣州市區番禺大龍業爍機械加工廠評價:“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手段,高頻復合超聲掃描探針顯微鏡具有材料內部信息檢測功能,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,剔除因存在內部缺陷、可能影響工件加工質量的材料,對確保加工成品率、提升有效工時發揮了重要的作用。”

項目階段:

已有樣品/樣機,可量產。

效益分析:

根據我國生態文明社會建設要求,未來將執行更加嚴格的重金屬排放標準,生態環境部已在2022年發布的《關于進一步加強重金屬污染防控的意見》中提出,要對鉛、汞、鎘、鉻、砷五種重點重金屬污染物排放量實施總量控制。

本技術針對化石燃料及其他燃料(如生活垃圾、工業垃圾等)燃燒過程中釋放的重金屬污染物進行高效控制,可廣泛應用于電力、鋼鐵、水泥、化工、垃圾處理等行業,解決以上生產過程中的重金屬污染物排放難題,具有廣闊應用前景。預估潛在市場規模在百億級別。

技術成熟度:
可以量產
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