Центр характеристики материалов и производства обслуживает научные круги и промышленность.

Нина Хейниг — исследователь материалов, который руководит Лабораторией передовых технологий Ватерлоо (WATLab), которая представляет собой многопрофильный исследовательский центр по характеристикам и производству материалов в Ватерлоо, Канада. Она рассказывает Хэмишу Джонстону об инструментах и ​​услугах WATLab, а также о том, как они используются исследователями в самых разных областях.

WATLab — это многопользовательская метрологическая установка на химическом факультете Университета Ватерлоо. Он был основан в 2000 году профессором Кам Тонг Люнгом, и его первыми двумя приборами были автоэмиссионный микроскоп Leo 1530 и прибор рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) VG EscaLab. Сегодня наиболее часто используемые инструменты включают сканирующие электронные микроскопы (SEM), XPS, просвечивающий электронный микроскоп высокого разрешения (HRTEM), системы электронной и ионно-лучевой литографии (поставляемые Raith), масс-спектрометрию вторичных ионов (SIMS), а также атомно-силовая микроскопия, рентгеновская дифракция и рамановская спектроскопия. У нас также есть более специализированные инструменты, такие как гелий-ионный микроскоп Zeiss и визуализирующий микроскоп Thermo VG Auger. Полный список доступен на нашем веб-сайте watlabs.com.

Во время пандемии COVID-19 мы перешли на удаленное обслуживание. Однако теперь мы вернулись к нашему обычному сочетанию метрологии, управляемой пользователем (в основном SEM) и операторской метрологии. Обучение было важной частью первоначального мандата наших финансирующих агентств, и мы предлагаем короткие учебные курсы по безопасному и эффективному использованию некоторых инструментов. Большинство проектов также предполагают обсуждение с пользователями того, как интерпретировать результаты и понимать ограничения данных. Однако большая часть нашего финансирования осуществляется по модели «плата за услугу», поэтому обширные обсуждения и использование нашими более сложными и дорогими инструментами пользователями просто неэффективны с точки зрения затрат.

Большинство наших пользователей — студенты и преподаватели Университета Ватерлоо, а также местные технологические компании. Мы также помогаем исследователям из университетов и компаний на ранней стадии развития со всей Канады и США. Большая часть наших инструментов и опыта связана с неорганическими материалами, такими как металлы, керамика, полупроводники, хотя мы реализовали несколько проектов в области полимеров и медико-биологических наук. Наша база пользователей в Ватерлоо охватывает химию, физику, науки о Земле и окружающей среде. Мы также работаем с людьми из инженерных факультетов, включая машиностроение, химию, гражданское строительство и проектирование систем, а также время от времени реализуем проекты с людьми из других факультетов университета.

Нашими наиболее популярными инструментами являются автоэмиссионные сканирующие электронные микроскопы с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (SEM/EDS). В нанонауке способность легко наблюдать и анализировать материалы размером в десятки нанометров является одной из причин такого значительного расширения этой области в последние годы.

После этого инструмент VG-ESCALab XPS является наиболее востребованным среди наших пользователей оборудованием. РФЭС — мощный инструмент для анализа валентного состояния различных соединений. Например, графит имеет углеродные связи с sp2-гибридизацией и sp3-гибридизацией алмаза. Эти различные структуры связи можно наблюдать в XPS как сдвиг пика кинетической энергии углерода. Еще одним преимуществом XPS является его чрезвычайная чувствительность к поверхности. XPS обычно исследует только один или два нанометра поверхности образца без какого-либо шума от подложки. Это позволяет точно анализировать тонкопленочные материалы.

На местном уровне мы оказывали помощь в устранении неисправностей на производстве и восстановлении окружающей среды. Один преподаватель факультета наук о Земле занимался проектом по выявлению присутствия и формы мышьяка в почве вблизи места добычи полезных ископаемых. Мы просмотрели большое количество образцов тонких срезов с помощью SEM, чтобы найти тяжелые осажденные минералы мышьяка, и оценили их с помощью EDS и XPS, чтобы определить, были ли соединения мышьяка инертными или экологически активными.

Более старый проект компании BlackBerry из Ватерлоо заключался в оценке материалов в их цепочке поставок на наличие шестивалентного хрома, который является канцерогенным и запрещен в Европейском Союзе. Поскольку в пигментах обычно используется хром различной валентности, а опасен только шестивалентный хром, для определения состояния связи хрома в материалах использовался ESCALab.