透射電子顯微鏡在高校大型儀器平臺共享管理模式的探討

楊克勤

摘 要 透射電子顯微鏡在材料科學(xué)研究中起到重要的作用，是材料組織分析、晶體結(jié)構(gòu)和微區(qū)成分分析的重要工具。本文結(jié)合本測試中心透射電鏡的運行現(xiàn)狀，從透射電鏡的培訓(xùn)考核，收費標準、平臺建設(shè)以及實驗室管理制度等方面介紹如何在保證電鏡最佳工作狀態(tài)的情況下最大限度的利用該儀器來更好的服務(wù)于周邊高等院校、企業(yè)等單位的科研、生產(chǎn)任務(wù)。實踐表明該管理模式提高了儀器的使用效率和開放共享程度。該模式對高校的大型儀器設(shè)備的科學(xué)管理具有良好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 透射電鏡 共享平臺 科學(xué)管理

中圖分類號：G482文獻標識碼：A

透射電子顯微鏡（TEM）是一種具有原子尺度分辨能力、且可以同時提供物理分析和化學(xué)分析所需全部功能的儀器。特別是選區(qū)電子衍射技術(shù)的應(yīng)用使得微區(qū)形貌與微區(qū)晶體結(jié)構(gòu)分析結(jié)合起來，再配以能譜或波譜進行微區(qū)成份分析即可得到全面的信息。因此透射電鏡成為材料結(jié)構(gòu)分析中必不可少的工具。

透射電鏡在高校科研和教學(xué)中起到必不可少的作用， 也是高校大型儀器中使用率比較高的儀器。但是其儀器自身存在著結(jié)構(gòu)精密、價格昂貴、操作復(fù)雜以及維修成本高等特點，操作者必須具有儀器相關(guān)背景知識才能更有效的使用儀器。因此造成了設(shè)備使用率較低，維護困難等問題。當前高校、科研機構(gòu)以及高科技企業(yè)的科研、教學(xué)等任務(wù)繁重，對透射電鏡的需求不斷提升。如何在減緩儀器老化和減少儀器故障發(fā)生率的前提下，利用網(wǎng)絡(luò)最大化的發(fā)揮電鏡的作用，更好的為高校和周邊企業(yè)等單位開展服務(wù)，是儀器管理人員的一個重大的難題。本文結(jié)合本校大型儀器服務(wù)平臺中透射電鏡的開放、共享、管理和服務(wù)為例，從儀器操作人員培訓(xùn)教學(xué)、建立電鏡服務(wù)收費標準、共享平臺建設(shè)和實驗室管理等方面，對該儀器的開放共享服務(wù)和有效管理進行了分析和總結(jié)。

1電鏡技術(shù)推廣和操作人員培訓(xùn)

我校于2012年購買一臺日本電子的JEM-2100F場發(fā)射透射電子顯微鏡，其加速電壓根據(jù)用途可調(diào)節(jié)范圍為100-200 KV， 配有超高分辨極靴，其點分辨率為0.19nm， 線分辨率為0.14 nm。此電鏡不僅可以實現(xiàn)常規(guī)樣品形貌信息成像（ TEM、明場和暗場 TEM），還擁有電子衍射（ 選區(qū)電子衍射 SAD）、會聚束電子衍射（CBED）、相位襯度成像（高分辨TEM， HRTEM）、高角度環(huán)形暗場成像（HAADF 或Z襯度成像）、能譜分析（ EDS） 等功能。該儀器自安裝時一直掛靠在校大型儀器平臺下，服務(wù)于本校、周邊高校、研究院等科研機構(gòu)以及周邊一些高科技企業(yè)。參與了本校及合作單位的許多重大課題研究，取得了一些重要的研究成果，為我校物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域的ESI排名的提升貢獻了自己的力量。而隨著去年浙江省政府印發(fā)的《浙江省加快新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》，政府將大力推動浙江省新材料產(chǎn)業(yè)。今年高校研究生的擴招以及近年來我校的科研工作的快速發(fā)展，這些外部環(huán)境和政策的變化勢必對材料測試表征工作提出了新的更高的要求。為了進一步提高儀器的使用效率來服務(wù)本校及周邊科研單位，同時借助電鏡幫助學(xué)生更好的理解材料結(jié)構(gòu)知識以及相關(guān)的科研工作，本中心經(jīng)過長期實踐采用日常培訓(xùn)和（本科生和研究生）儀器分析課程相結(jié)合方式對潛在電鏡使用用戶進行電鏡相關(guān)理論知識培訓(xùn)。日常培訓(xùn)培養(yǎng)提高了研究生動手操作能力，使其能夠在管理老師不在身邊的情況下進行一些簡單的尋樣、拍照等工作。這種方式緩解了管理老師的壓力，并為其騰出更多時間和精力開發(fā)儀器功能，為師生提供更好的技術(shù)支持。

儀器管理老師在化學(xué)與材料工程學(xué)院開結(jié)構(gòu)分析課程，該課程教授對象分別為本科生和研究生。其中研究生課程對學(xué)校所有專業(yè)開放。本科生課程其透射電鏡內(nèi)容為2課時，通過科普形式介紹透射電鏡的發(fā)展歷史、結(jié)構(gòu)和功能。而研究生課程包括6課時理論和3課時上機實驗。理論課程內(nèi)容包括透射電鏡的原理、電鏡結(jié)構(gòu)、物相分析、電子顯微襯度像等內(nèi)容。上機實驗課包括展示本中心透射電鏡的功能，安排每位同學(xué)上機學(xué)習(xí)進樣、簡單的合軸、拍照以及學(xué)習(xí)CCD和能譜軟件的使用等內(nèi)容。通過這些課程的學(xué)習(xí)，本科學(xué)生會在腦海里留下了透射電鏡的概念，研究生則能夠系統(tǒng)掌握了透射電鏡的理論和實際操作的技巧，為其今后科研工作提供助力。

為了在提高儀器使用效率的同時并減少因為不當操作而造成儀器損害，本平臺為電鏡用戶提供培訓(xùn)服務(wù)。要求需要獨立使用電鏡的用戶先提交使用申請表。儀器管理老師在每學(xué)期初集中對提交申請的老師和學(xué)生進行理論和上機培訓(xùn)，并分發(fā)一些電鏡的基礎(chǔ)理論知識、樣品制備、操作手冊、日常維護等學(xué)習(xí)資料。申請者在培訓(xùn)后參加中心統(tǒng)一組織的理論考試，考試通過者方可參加下一階段的上機培訓(xùn)。參加上機培訓(xùn)的老師和學(xué)生必須參加一學(xué)期內(nèi)累積超過8機時的上機培訓(xùn)后，經(jīng)由管理人員考核通過后頒發(fā)上崗操作證。持有上崗操作證的老師和同學(xué)可自主使用透射電鏡。

通過這些授課和培訓(xùn)方式，電鏡技術(shù)在學(xué)生中間得以推廣。學(xué)生們通過上課了解電鏡能做什么后可以有選擇的利用電鏡來推動其課題研究進程。而在另一方面，了解透射電鏡的工作原理會幫助學(xué)生在使用電鏡時更加清楚自己的需求，從而能夠更加有效的利用電鏡服務(wù)。

2建立合理的透射電鏡服務(wù)收費標準

透射電鏡是一個大型復(fù)雜的儀器，其日常運行會耗費不少資源，包括用電、高純氣體、液氮、高真空油脂等耗材，每年運行費用在10萬元以上。這對大型儀器中心和學(xué)校都是不小負擔(dān)。通過建立合理的收費制度，可以將收到的費用大部分用作儀器維護基金，小部分用于調(diào)動管理老師的積極性，讓電鏡能夠更好的服務(wù)用戶。另一方面，通過合理運用經(jīng)濟杠桿，可進一步優(yōu)化各課題組的電鏡使用時段從而提高其使用效率。為此，本中心在通過參考兄弟院校的收費標準和征求各課題組老師的意見后，建立了階梯收費標準。其主要指導(dǎo)思想是在保障完成學(xué)校教學(xué)科研任務(wù)前提下對所有使用電鏡的課題組進行收費。為確保完成學(xué)校的科研/教學(xué)任務(wù)，設(shè)立校內(nèi)課題組的價格為校外的一半。為了鼓勵課題組培養(yǎng)獨立操作用戶，實行獨立操作用戶價格為送樣用戶價格的1/4，同時鼓勵獨立操作用戶使用非工作段時間，比如夜間17：00-00：00，或者周末時間。這樣可以將大量工作時間段留給送樣用戶，進一步提高了儀器的利用率。

3儀器資源共享平臺建設(shè)

通過互聯(lián)網(wǎng)建立儀器資源共享平臺管理系統(tǒng)能夠有效的整合校內(nèi)設(shè)備資源、極大的提高儀器利用效率。大型儀器平臺通過商用軟件對賬戶分為儀器管理賬戶、教師賬戶和學(xué)生賬戶。儀器管理老師使用儀器管理賬戶將所管理的儀器的信息包括名稱、型號、技術(shù)指標等信息發(fā)布在網(wǎng)上，通過互聯(lián)網(wǎng)管理該儀器的開放時間、收費情況、儀器狀態(tài)等信息。教師賬戶和管理員賬戶均為永久賬戶，教師賬戶可以通過該賬戶進行預(yù)充值，并可以管理其課題組下的學(xué)生賬戶。課題組必須有足夠的資金才可以進行儀器預(yù)約。儀器使用完畢后實時扣費。學(xué)生賬號的有效期和學(xué)生的畢業(yè)時間綁定，確保在無特殊情況下，學(xué)生畢業(yè)后其賬號即被銷戶。對于所有第一次預(yù)約透射電鏡的用戶都必須認真閱讀一些初步的電鏡相關(guān)知識后方可進行預(yù)約。通過這一步驟，避免了一些因無需使用透射電鏡的表征或者本儀器無法測試其樣品的產(chǎn)生的無效預(yù)約，減少了透射電鏡受樣品損害的幾率。而一些如透射電鏡烘烤鏡筒、電鏡維護或者電鏡臨時關(guān)閉以及一些需要注意的事項都通過置頂公告來告知用戶，使得電鏡用戶能夠第一時間了解電鏡的工作狀態(tài)。而每次用戶使用完畢，系統(tǒng)都會給用戶發(fā)送一個意見反饋表，需要用戶對儀器的工作狀態(tài)、儀器管理老師的服務(wù)情況進行認真填寫。這些反饋信息也能讓管理老師更好的了解用戶的需求。

通過儀器共享平臺的建設(shè)，建立了儀器管理老師和課題組用戶之間一對多形式的橋梁，既方便了用戶預(yù)約過程，也讓管理老師對儀器進行更加有效的管理。

4電鏡實驗室管理

為了保障透射電鏡的高效運轉(zhuǎn)，一個好的電鏡實驗室管理方法是必不可少的。因此本中心從以下兩個方面來進一步優(yōu)化透射電鏡管理：第一，建立完善的實驗室規(guī)章制度，包括透射電鏡培訓(xùn)考核標準、透射電鏡使用規(guī)章制度、透射電鏡日常維護制度等。這些規(guī)章制度涵蓋了用戶從培訓(xùn)、考核、預(yù)約使用到日常維護以及在使用透射電鏡時的每一個步驟。做到了用戶在使用電鏡時全方位制度約束，有效減少了電鏡在使用過程中因為失誤操作而造成損害。自從儀器安裝到現(xiàn)在七年間，尚未發(fā)生一起需工程師過來解決的故障。

第二， 選拔學(xué)生助管：充分利用學(xué)生資源，通過課堂表現(xiàn)選擇一些對電鏡感興趣而且動手能力較好的研究生同學(xué)，采用助學(xué)金的方式雇傭?qū)W生在學(xué)習(xí)之余幫助老師做一些簡單的電鏡管理工作，如電鏡時環(huán)境維護、簡單樣品測試等。這樣能極大的減輕電鏡老師的工作，從而有時間去管理其他一些相關(guān)設(shè)備。

5結(jié)語

自本校透射電鏡安裝完畢后，一直平穩(wěn)高效的為學(xué)校教學(xué)、科研工作提供最大的助力。參與了多個國家級、省級自然科學(xué)基金項目，并在國際頂級刊物發(fā)表了材料領(lǐng)域相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，對學(xué)校的國際學(xué)術(shù)名聲的提升，起到了一定的作用。通過有效的培訓(xùn)考核和完善的管理制度保證了儀器的無故障運轉(zhuǎn)，通過建立儀器資源共享平臺和合理的收費制度，使得該儀器能更好的服務(wù)用戶，并調(diào)動用戶的積極性從而使儀器能夠充分的發(fā)揮其作用。這些管理經(jīng)驗對如何提高大型設(shè)備的使用率，提升開放共享水平和服務(wù)社會水平提供了寶貴的思考土壤。

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