透射電子顯微鏡運行和管理的實踐與探索

張 露

（重慶大學(xué) 電子顯微鏡中心 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400044）

透射電子顯微鏡是一臺精密且價格昂貴的電子光學(xué)設(shè)備，通過接收電子束與樣品相互作用后產(chǎn)生的各種信號，如彈性散射電子、非彈性散射電子、高角彈性散射電子和特征X 射線等，對材料內(nèi)部的形貌、晶體結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行綜合分析。透射電子顯微鏡廣泛地應(yīng)用于材料、生物、醫(yī)學(xué)和半導(dǎo)體等科學(xué)研究領(lǐng)域，已經(jīng)成為大部分科研單位不可缺少的顯微分析表征設(shè)備[1-5]。

為滿足日益增長的科研和教學(xué)的需求，重慶大學(xué)于2009 年7 月購置安裝了一臺德國蔡司的場發(fā)射透射電子顯微鏡（蔡司Libra200）。該設(shè)備運行近十年來，通過不斷吸取先進(jìn)的管理經(jīng)驗[6-8]，設(shè)備的開放制度由最初的管理員提供測試，定時開放，到現(xiàn)在的培訓(xùn)學(xué)生，持證上崗，全天開放，在保證教學(xué)工作順利開展的同時，采取了各種激勵制度，全面實施開放共享，最大限度地讓設(shè)備高效運轉(zhuǎn)，提高效益。本文通過總結(jié)蔡司 Libra200 透射電子顯微鏡安裝至今的運行數(shù)據(jù)，對設(shè)備的運行效率進(jìn)行評價，分析設(shè)備運行管理過程中存在的問題，并對設(shè)備進(jìn)入老舊期的運行提出一些建議。

1 透射電鏡簡介

德國蔡司Libra 200 是一個200 kV 的熱場發(fā)射透射電子顯微鏡，可以獲得清晰的高分辨原子像，對材料內(nèi)部的形貌、微觀結(jié)構(gòu)和晶體取向進(jìn)行分析，同時配備了 X 射線能譜（EDS）、高角環(huán)形暗場像探頭（HAADF）和電子能量損失譜（EELS），可以對材料的成分分布進(jìn)行綜合分析，是一臺強(qiáng)大的分析性透射電子顯微鏡。自安裝以來，該設(shè)備主要用于支撐校內(nèi)科研工作的開展，此外還承擔(dān)材料學(xué)院本科生和研究生的實驗教學(xué)任務(wù)。在滿足校內(nèi)需求之外，也為校外其他科研單位和企業(yè)提供測試服務(wù)。自2009 年透射電鏡開放使用以來，累計測試服務(wù)和教學(xué)培訓(xùn)6496 h，是我校利用效率最高的大型貴重儀器設(shè)備之一，該設(shè)備也多次被評為重慶市和我校大型科學(xué)儀器資源共享優(yōu)秀機(jī)組。

2 透射電鏡運行分析

蔡司Libra200 透射電子顯微鏡自2009 年10 月運行以來，主要用于支撐校內(nèi)科研工作的開展，圖1 所示是蔡司Libra200 透射電鏡2009—2017 學(xué)年運行機(jī)時的統(tǒng)計圖。設(shè)備運行的第一年，主要的管理模式是“定時開放、管理員提供測試”，服務(wù)機(jī)時主要是為科研提供測試，實驗教學(xué)和培訓(xùn)還沒有開展，整體運行機(jī)時不到400 h。隨著設(shè)備運行逐漸穩(wěn)定，為了進(jìn)一步提高設(shè)備的使用效率，加大設(shè)備開放的力度，2010 年起開始實施“培訓(xùn)學(xué)生持證上崗”的運行模式。通過培訓(xùn)的開展，電鏡的整體運行機(jī)時大幅上漲，年運行機(jī)時增長一倍，到2013 學(xué)年，年運行機(jī)時相比2009年增長將近2 倍，培訓(xùn)的開展使設(shè)備的使用效率大幅提高。

圖1 蔡司Libra200 透射電鏡2009—2017 學(xué)年運行機(jī)時統(tǒng)計圖

2014 年到2015 年透射電鏡開始出現(xiàn)各種大大小小的故障，透射電鏡維修零配件的采購及與維修人員的協(xié)調(diào)耗費了大量的時間，延長了維修周期，從而導(dǎo)致設(shè)備可以提供測試的機(jī)時大幅縮減。2015 年4 月，材料學(xué)院也安裝了多臺透射電鏡，分流了材料學(xué)院內(nèi)部的測試需求，圖2 為德國蔡司Libra200 透射電鏡2009—2017 學(xué)年測試機(jī)時占比統(tǒng)計，從中可見蔡司透射電鏡在材料學(xué)院內(nèi)部的使用率自2015 年逐年下降，測試機(jī)時70%以上都來源于我校其他二級學(xué)院。2017年，學(xué)校測試分析中心又安裝運行了一臺透射電鏡，致使蔡司透射電鏡的年使用機(jī)時再度小幅下降。

圖2 蔡司Libra200 透射電鏡2009—2017 學(xué)年測試機(jī)時占比統(tǒng)計圖

3 透射電鏡運行效益評價

大型儀器設(shè)備的效益考核一直是各大高校實驗室管理的難點，各個高校采用的評價方法也不一樣[9-10]。根據(jù)《重慶大學(xué)大型儀器設(shè)備使用效益考核實施細(xì)則》我校大型儀器設(shè)備效益考核的內(nèi)容主要包括設(shè)備資料、機(jī)時利用、測樣情況、人才培養(yǎng)、科研成果、獲獎情況、服務(wù)收入等7 個方面，考評主要綜合這7 個方面進(jìn)行評價，評價結(jié)果分為優(yōu)、良、合格、不合格4 個等級[11]。設(shè)備運行初期，蔡司透射電鏡的測試機(jī)時遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過學(xué)校要求，在機(jī)時利用、測樣情況、科研成果和人才培養(yǎng)方面均能獲得較高的得分；隨著設(shè)備的老舊化，設(shè)備測試機(jī)時和服務(wù)收入都有所降低，但是在人才培養(yǎng)和科研成果方面仍有貢獻(xiàn)。綜合各個方面，透射電鏡的運行效益評價年年都獲得良以上的評價結(jié)果。

但是，此評價體系也存在一定的缺點，每個評價標(biāo)準(zhǔn)沒有更加細(xì)化和量化，在一定程度上缺乏客觀性。此外，設(shè)備的運行都會面臨設(shè)備的老舊和更新?lián)Q代，單一地運用同一個評價體系對新舊設(shè)備進(jìn)行評價，顯然缺乏公正性。

4 存在的問題和解決方案探討

隨著蔡司透射電鏡使用年限的增加，設(shè)備的老舊化使其運行機(jī)時逐漸降低，如何根據(jù)設(shè)備的特點，提高設(shè)備的使用效率已經(jīng)成為現(xiàn)在亟待解決的問題。針對蔡司透射電鏡目前存在的問題，提出以下解決方案：

4.1 加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)，減少故障率

隨著設(shè)備使用年限的增加，設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)大大小小的故障，維修會耗費大量的有效機(jī)時，嚴(yán)重降低了設(shè)備的使用率。為了減少設(shè)備的故障率，每年寒暑假開學(xué)前，對設(shè)備進(jìn)行整體的維護(hù)保養(yǎng)和檢修，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。這個方法在2014 年設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障以后便開始實施，也取得了一定的效果。

4.2 細(xì)化培訓(xùn)制度，縮短培訓(xùn)周期

設(shè)備目前采用學(xué)生培訓(xùn)持證上崗和管理員提供測試相結(jié)合的運行模式，但因透射電鏡的培訓(xùn)周期較長，如果繼續(xù)采取“學(xué)生培訓(xùn)持證上崗”的運行模式，可能會大大限制設(shè)備的使用率?？梢試L試采取“分級別培訓(xùn)”和“培訓(xùn)專用助管”相結(jié)合的模式[12]，細(xì)化培訓(xùn)制度，針對學(xué)生不同的科研需求，培訓(xùn)特定功能，縮短培訓(xùn)周期，同時結(jié)合專用助管提供測試，多方面增加透射電鏡的使用效率。

4.3 制定激勵制度，提高設(shè)備使用率

因材料學(xué)院新購進(jìn)多臺透射電鏡，蔡司透射電鏡在校內(nèi)的使用率逐年降低，可以嘗試實行“包年會員制”，以較低的價格激勵科研人員使用本設(shè)備進(jìn)行測試。

4.4 完善對外開放機(jī)制，增加設(shè)備整體效益

設(shè)備在對外測試方面有很多不足，校外測試機(jī)時一直較少。設(shè)備運行初期，校內(nèi)科研機(jī)時得不到滿足，無法分配出有效機(jī)時給校外單位，隨著我校透射電鏡越來越多，蔡司透射電鏡的使用機(jī)時有所減少，為了提高電鏡的使用效率，需要加大對外宣傳力度，吸引校外單位前來測試，嘗試制定一些激勵制度，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)惠，從而增加電鏡的使用效率。

5 結(jié)語

通過綜合分析蔡司透射電鏡近10 年來的運行情況，反映出了設(shè)備在運行過程中存在的問題和不足，為制定科學(xué)合理的管理運行模式提供參考和依據(jù)。根據(jù)設(shè)備所處的時期不同，采取不同的運行模式，可以有效增加老舊設(shè)備的運行效率；通過采取不同的激勵模式，積極開展對外開放，是提高設(shè)備使用率和整體效益的一個重要途徑。