材料之美
——微觀世界的視覺(jué)盛宴

撰文 天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

我們常感嘆于山川河流之美，殊不知材料的微觀世界同樣豐富多彩，美得動(dòng)人心魄。在2022 年5 月天津大學(xué)啟動(dòng)的微觀攝影大賽中，科研學(xué)子透過(guò)電鏡探索微觀世界的科學(xué)奧秘，展現(xiàn)了材料的自然之美，凸顯了科研學(xué)子的使命和對(duì)生活的熱愛(ài)。

作品名稱：疲勞裂紋

作者姓名：蘇沫林

作品介紹：作品展示了高質(zhì)量的電子背散射衍射表征結(jié)果，通過(guò)它可以清楚地觀察到裂紋周邊晶粒的取向變化及特點(diǎn)。裂縫周圍區(qū)域變形及應(yīng)力的存在，對(duì)樣品的前期制備提出了較高的要求，這體現(xiàn)了作品的技術(shù)性。在研究中，科研人員會(huì)不可避免地遇到外界帶來(lái)的壓力。作者希望科研人員如同金屬材料一樣，具有馬氏體（一種硬而脆的組織）的強(qiáng)度、奧氏體（鋼鐵的一種層片狀的顯微組織）的塑韌性，刻苦鉆研。

作品名稱：生命的奧秘

作者姓名：李學(xué)平

作品介紹：作品展示了在間充質(zhì)干細(xì)胞/巨噬細(xì)胞的混合細(xì)胞培養(yǎng)中，納米材料選擇性地被間充質(zhì)干細(xì)胞攝取的畫(huà)面。其中，紅色部分是納米材料，藍(lán)色部分是細(xì)胞核，綠色部分是肌動(dòng)蛋白。圖片細(xì)節(jié)布局到位，內(nèi)容飽滿，展現(xiàn)了藝術(shù)性與科學(xué)性共存之美。

作品名稱：胭脂海棠鬧春濃

作者姓名：眭思密

作品介紹：“海棠不惜胭脂色，獨(dú)立蒙蒙細(xì)雨中”，作品為溶劑熱法制備的二硫化鉬—碳納米管復(fù)合薄膜。花狀的二硫化鉬附著于碳納米管外壁，單壁碳納米管管束交織形成網(wǎng)絡(luò)，層層網(wǎng)絡(luò)重疊形成薄膜。圖片中好似有一朵盛開(kāi)在兩個(gè)枝杈間的海棠花。

作品名稱：七彩

作者姓名：王禹軒、董智

作品介紹：本樣品是經(jīng)過(guò)1300℃高溫快速灼燒1 分鐘后的純鉬。作品描繪了一幅彩虹色寶石原石的照片，多彩活潑，妙趣橫生！

作品名稱：原子編織世界

作者姓名：牛士玉、吳函

作品介紹：作品為高熵金屬氧化物（含有五種等摩爾或近等摩爾比的金屬陽(yáng)離子）沿著特定的電子束入射角度排列的原子結(jié)構(gòu)圖。圖片清楚地展示出了原子的規(guī)則排布。對(duì)不同排列的原子柱進(jìn)行渲染后，圖片呈現(xiàn)清晰的紋理，如谷粒編織的谷穗，又如絲線編織的布料，令人不禁感嘆：原來(lái)，大千世界歸根到底是由一個(gè)個(gè)原子編織而來(lái)！

作品名稱：七彩糖果

作者姓名：金麗果

作品介紹：作品展示的是紅細(xì)胞樣品。生物紅細(xì)胞樣品經(jīng)過(guò)固定脫水處理，細(xì)胞的凹陷在掃描電鏡下很好地呈現(xiàn)出來(lái)，細(xì)節(jié)明顯，經(jīng)過(guò)色彩絢麗的染色處理，帶給人美的沖擊。

作品名稱：千里江山圖

作者姓名：馮意

作品介紹：作品為經(jīng)過(guò)強(qiáng)力的擠壓變形制備的用于電催化產(chǎn)氫的一體化鐵電極材料，得到的紋理如《千里江山圖》的層巒疊嶂，背景圖像如一池春水，同時(shí)飛鳥(niǎo)浮空掠映，水中似有似無(wú)倒映著山巒。

作品名稱：網(wǎng)格的力量

作者姓名：朱偉

作品介紹：作品為鋰離子電池錳酸鋰正極材料的原子結(jié)構(gòu)圖，使用球差校正掃描透射電鏡拍攝。織就一張網(wǎng)，布局萬(wàn)千格。

注：316L 為材料的牌號(hào)， CuCrZr 為鉻鋯銅（一種金屬材料）的化學(xué)式。

作品名稱：暗流涌動(dòng)

作者姓名：胡章平

作品介紹：作品為增材制造316L/CuCrZr功能梯度材料。作為面向等離子體的組件，該材料可用作國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆的第一壁材料（即對(duì)等離子體材料）。作者通過(guò)優(yōu)化離子拋光參數(shù)和測(cè)試參數(shù)，成功獲得了具有晶粒尺寸梯度結(jié)構(gòu)的316L/CuCrZr 的高質(zhì)量電子背散射衍射圖片。

作品名稱：忍冬

作者姓名：劉何子祺

作品介紹：本樣品為忍冬花蕊，為盡量保持原貌未做噴金或噴碳處理，僅通過(guò)調(diào)節(jié)電鏡參數(shù)獲得清晰的圖像。忍冬耐干旱、耐嚴(yán)寒、耐水澇，莖蔓落地即可生根。作品寓意自強(qiáng)不息、堅(jiān)韌不拔。

作品名稱：花生

作者姓名：閆思煒、白易明

作品介紹：作品為用于電催化水分解產(chǎn)氫的合金催化劑，精細(xì)調(diào)控之后得到界限清晰的花生結(jié)構(gòu)，并通過(guò)置換反應(yīng)得到空腔結(jié)構(gòu)。花生剝開(kāi)后，只見(jiàn)花生米寶寶“穿”著一件“粉紅”的“睡衣”，躺在半圓的殼里“睡覺(jué)”呢！

注：疲勞裂紋是指零件長(zhǎng)期反復(fù)受力而在表面出現(xiàn)的裂紋

作品名稱：新海岸

作者姓名：劉雪

作品介紹：作品為X65（材料的牌號(hào)）焊接接頭腐蝕疲勞主裂紋擴(kuò)展路徑形貌。作品中，遠(yuǎn)航的帆船沖破層層風(fēng)浪，終于到達(dá)彼岸；新大陸之上，奇峰羅列，怪石嶙峋，透露著未知的神秘與艱險(xiǎn)！

作品名稱：希望

作者姓名：孟凡威

作品介紹：作品為高熵陶瓷經(jīng)高溫鈣鎂鋁硅酸鹽腐蝕后的截面形貌背散射電子圖像。制備過(guò)程為：將樣品進(jìn)行鑲樣，然后磨平、拋光，再浸泡在丙酮溶液中脫去固態(tài)樹(shù)脂，獲得光滑平整的截面。

作品名稱：荷

作者姓名：紀(jì)康康、吳林迪

作品介紹：作品為光學(xué)顯微鏡拍攝的球墨鑄鐵（石墨以球狀形式存在的鑄鐵材料）。由于石墨球有各向異性，在光學(xué)顯微鏡下呈現(xiàn)出放射狀的花紋，球墨鑄鐵中的一個(gè)個(gè)球狀石墨宛如夏天池塘中寧?kù)o的荷。此圖正如詩(shī)人盧照鄰所描述的一般：一個(gè)個(gè)大小形狀不一的荷在水中鋪展開(kāi)來(lái)，荷葉間魚(yú)兒嬉戲，荷香四溢，充滿意境。

作品名稱：春日小熊

作者姓名：張景超、羅佳薇

作品介紹：樣品為鋰離子電池中的磷酸鐵鋰正極材料。采用特殊方法制備的幾十納米大小的形似“小熊”的顆粒，有可能為探究磷酸鐵鋰尺寸大小對(duì)鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)的影響提供材料與思路。在繁忙的科研生活中，突然出現(xiàn)的“小熊”為科研生活增加了一抹輕松的色彩。

作品名稱：鳳舞九天

作者姓名：李美志、劉沁哲

作品介紹：作品為聚丙烯的球晶結(jié)構(gòu)，晶體的外輪廓勾勒出一只浴火而飛的鳳凰，栩栩如生。紛繁的色彩變幻勾勒出鳳舞九天的形象，傲然于天地之間，睥睨寰宇的氣勢(shì)噴薄而出。多彩的紋路好似上天的恩賜，炯炯有神的雙眸猶如火焰噴吐，翻飛的羽毛張揚(yáng)著生命的力量。

此次大賽由天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院主辦，材料科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心承辦，面向全校學(xué)生征集作品，并分別開(kāi)設(shè)研究生賽道和本科生賽道。學(xué)子們制備材料、加工處理后，利用電鏡等科研設(shè)備拍攝出倍數(shù)放大的原始微觀圖片，在保持原圖樣貌的基礎(chǔ)上，運(yùn)用圖片處理技術(shù)增加作品藝術(shù)性，使其更具美感和視覺(jué)張力。

透過(guò)顯微鏡，微觀材料猶如一幅幅瑰麗的畫(huà)作，呈現(xiàn)出不一樣的科學(xué)之美。在這些精美神妙的作品背后，更有測(cè)試者一次次制樣的嘗試以及操作員不厭其煩地對(duì)樣品選區(qū)和調(diào)整儀器參數(shù)。

《胭脂海棠鬧春濃》的作者眭思密表示：“此次大賽引導(dǎo)我們?cè)诤诎讍握{(diào)的照片里，實(shí)現(xiàn)客觀的科學(xué)事實(shí)與主觀的個(gè)人審美之間的碰撞。比如《胭脂海棠鬧春濃》的拍攝，在幾十萬(wàn)的放大倍數(shù)下，從‘拍下來(lái)’到‘拍準(zhǔn)確’，再到‘拍好看’，整個(gè)過(guò)程操作要求很高。我記得在拍到這張照片時(shí)，腦海中自然地就浮現(xiàn)出海棠花的形貌，給人一股蓬勃朝氣，把長(zhǎng)時(shí)間拍攝帶來(lái)的疲勞瞬間釋放。這是一種探索科學(xué)與發(fā)現(xiàn)藝術(shù)的綜合體驗(yàn)，既激發(fā)了我們進(jìn)一步探索微觀結(jié)構(gòu)的興趣，又推進(jìn)了我們?cè)诓僮魃系募夹g(shù)升級(jí)。”

《千里江山圖》的作者馮意表示：“《千里江山圖》是在一次日常的表征測(cè)試中偶然得到的。當(dāng)時(shí)在拍攝完照片后，意外發(fā)現(xiàn)圖像中經(jīng)過(guò)擠壓的金屬好似層巒疊嶂的山峰，十分神似王希孟的《千里江山圖》，便將其保留下來(lái)，并做了簡(jiǎn)單的上色處理。其實(shí)，材料中蘊(yùn)含著許多藝術(shù)之美，《千里江山圖》意外地給了我們將科學(xué)與藝術(shù)結(jié)合的機(jī)會(huì)，給枯燥的科研生活增添了許多樂(lè)趣，也激勵(lì)我們對(duì)材料微觀特征的進(jìn)一步探索。”

電鏡等儀器的使用本是學(xué)子們?nèi)粘？蒲械囊画h(huán)，在探索發(fā)現(xiàn)微觀世界奧秘的同時(shí)，加上自己的藝術(shù)想象，可以打破理工科與藝術(shù)性的界限，發(fā)掘自己感性的一面，注重自己的個(gè)性表達(dá)。科研的道路上雖有艱辛不易，但也會(huì)有許多意想不到的美。這一幅幅作品不僅展現(xiàn)了科研學(xué)子對(duì)生活的熱愛(ài)和執(zhí)著，更體現(xiàn)了對(duì)科研工作的薪火相傳以及對(duì)科學(xué)研究的使命感與擔(dān)當(dāng)。“溯洄從之，道阻且長(zhǎng)”，科研之路漫長(zhǎng)而艱辛，學(xué)子們用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和鮮活的藝術(shù)創(chuàng)造力，為科研工作貢獻(xiàn)自己的青春力量。