清華材料話當年: 材料系穿透式電子顯微鏡設備變遷

 清華材料話當年: 材料系穿透式電子顯微鏡設備變遷

清華材料系慶祝五十周年，規劃「材料話當年」橋段，先是以創系歷史分享號召，最近又加註「軼事趣」，重點不太一樣，限於時間，現就材料系擁有主要設備之一的穿透式電子顯微鏡 (TEM) 設備變遷，談談一些軼事，希望部分有趣味效果。

我是在1977年，也就是四十五年前，加入材料系，當時月薪是一萬四千元，約為在美國擔任博士後研究員的四分之一，但很驚喜的發現，材料系已擁有一部十萬電子伏特 (100 KV) TEM，由於我在讀博士以及擔任博士後研究員期間都是以 TEM為主要材料分析工具，因而以此開始從事各種固態材料研究，比較容易上手，可以說是相當幸運。另一方面，系裡的 JEOL-100B TEM 配備的是從上置入的試片基座 (top entry specimen holder)，設計脆弱，很容易損壞，而必須送回日本原廠修理，發揮功能受到很大限制。幸好當時「中山科學院材發中心」有一部同型儀器，但試片基座為從旁置入式 (side entry specimen holder)，而主管對支援學術研究很是慷慨，幫助很大。

材料系所擁有的第二部 TEM 型號為200 KeV JEOL-200C。機緣是政府正推動包括材料科技在內的「四大重點科技」，有特別經費支援。材料系申請項目包括 TEM，但起先並不順利，主要是售價20萬美金 (時合台幣800萬) 是當年時空背景下的天價，幸好有機會當面向主管科技的李國鼎政務委員說明，獲得支持而於第二年順利購置，加上所購機型恰當，使用率得以大增，發揮了很大功能，成了材料系研究一大利器。

材料系 TEM 更上層樓是購置了型號為 400 KeV JEOL-4000EX TEM，也是台灣第一部具有原子分辨功能的 TEM。這要拜教育部推動材料所系「第二專長」方案，協助各材料系拓展金屬材料以外的研究領域，當時也有別的學校在積極爭取，最後清大得以勝出，除了靠研究業績外，清大材料中心提供配合款的全力支持也是關鍵因素之一。

JEOL-4000EX TEM

具有原子分辨功能

下一階段則是在2003年購置的200 KeV JEOL-2000V TEM，這是一部超高真空 TEM，除真空度高達 10-10 torr 範圍外，最主要配備有兩支電子槍，可臨場沉積金屬原子，同時可通電流以及加熱試片，最強大功能是可以從事原位原子層級動態觀察。這一類 TEM 當時全世界只有十部左右，原因之一是因為售價高達兩百萬美金之譜，當時是因為申請到教育部「追求卓越」項目下一個四年兩億六千萬元的計畫，因而得以訂製一部威力強大而珍稀的儀器；值得一提的是，這部研究利器確實發揮了強大功能，造就了許多傑出的研究成果，包括2008年在頂尖期刊「科學」中出版的一篇文章的成果。

JEOL-2000V TEM

原位動態觀察Cu 原子移動

再次就是在2011年購置的場發射掃描穿透式球差修正電子顯微鏡(型號: 200 KeV JEM-ARM200FTH)，這部 超高解像率 (ultra-high resolution) UHR-TEM 特色是配備了球面像差校正器 (spherical aberration corrector)，因而解像率可達 0.08 nm，是頂級的原子分辨顯微鏡，當初購置時，因歐元貶值，歐洲廠商 FEI報價極具競爭力，最後日商JEOL 以加碼免費負責裝修要求極高的防震、防磁設施而得標；同時因為在材料系所有場館中，只有合金鋼廠一隅之地才符合防磁要求，所以有點不搭調的設立於合金鋼廠中。在此也可順便一提的是，由於這部UHR-TEM 發揮的功能，助成了清華於2012年在頂尖期刊「科學」中出版的一篇論文成果。

JEM-ARM200FTH TEM

頂級的原子分辨能力

從材料系擁有 TEM 的一連串變遷，我最大的感想是充滿感激，可謂因時際會，有機會無役不與，而且有豐厚的回報，事實上在每一階段，要感謝的人都很多，限於時間，無法一一感謝，在此一併致謝。