透射电子显微镜在高校大型仪器平台共享管理模式的探讨

杨克勤

摘 要 透射电子显微镜在材料科学研究中起到重要的作用，是材料组织分析、晶体结构和微区成分分析的重要工具。本文结合本测试中心透射电镜的运行现状，从透射电镜的培训考核，收费标准、平台建设以及实验室管理制度等方面介绍如何在保证电镜最佳工作状态的情况下最大限度的利用该仪器来更好的服务于周边高等院校、企业等单位的科研、生产任务。实践表明该管理模式提高了仪器的使用效率和开放共享程度。该模式对高校的大型仪器设备的科学管理具有良好的借鉴意义。

关键词 透射电镜 共享平台 科学管理

中图分类号：G482文献标识码：A

透射电子显微镜（TEM）是一种具有原子尺度分辨能力、且可以同时提供物理分析和化学分析所需全部功能的仪器。特别是选区电子衍射技术的应用使得微区形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配以能谱或波谱进行微区成份分析即可得到全面的信息。因此透射电镜成为材料结构分析中必不可少的工具。

透射电镜在高校科研和教学中起到必不可少的作用， 也是高校大型仪器中使用率比较高的仪器。但是其仪器自身存在着结构精密、价格昂贵、操作复杂以及维修成本高等特点，操作者必须具有仪器相关背景知识才能更有效的使用仪器。因此造成了设备使用率较低，维护困难等问题。当前高校、科研机构以及高科技企业的科研、教学等任务繁重，对透射电镜的需求不断提升。如何在减缓仪器老化和减少仪器故障发生率的前提下，利用网络最大化的发挥电镜的作用，更好的为高校和周边企业等单位开展服务，是仪器管理人员的一个重大的难题。本文结合本校大型仪器服务平台中透射电镜的开放、共享、管理和服务为例，从仪器操作人员培训教学、建立电镜服务收费标准、共享平台建设和实验室管理等方面，对该仪器的开放共享服务和有效管理进行了分析和总结。

1电镜技术推广和操作人员培训

我校于2012年购买一台日本电子的JEM-2100F场发射透射电子显微镜，其加速电压根据用途可调节范围为100-200 KV， 配有超高分辨极靴，其点分辨率为0.19nm， 线分辨率为0.14 nm。此电镜不仅可以实现常规样品形貌信息成像（ TEM、明场和暗场 TEM），还拥有电子衍射（ 选区电子衍射 SAD）、会聚束电子衍射（CBED）、相位衬度成像（高分辨TEM， HRTEM）、高角度环形暗场成像（HAADF 或Z衬度成像）、能谱分析（ EDS） 等功能。该仪器自安装时一直挂靠在校大型仪器平台下，服务于本校、周边高校、研究院等科研机构以及周边一些高科技企业。参与了本校及合作单位的许多重大课题研究，取得了一些重要的研究成果，为我校物理、化学、材料等领域的ESI排名的提升贡献了自己的力量。而随着去年浙江省政府印发的《浙江省加快新材料产业发展行动计划（2019-2022年）》，政府将大力推动浙江省新材料产业。今年高校研究生的扩招以及近年来我校的科研工作的快速发展，这些外部环境和政策的变化势必对材料测试表征工作提出了新的更高的要求。为了进一步提高仪器的使用效率来服务本校及周边科研单位，同时借助电镜帮助学生更好的理解材料结构知识以及相关的科研工作，本中心经过长期实践采用日常培训和（本科生和研究生）仪器分析课程相结合方式对潜在电镜使用用户进行电镜相关理论知识培训。日常培训培养提高了研究生動手操作能力，使其能够在管理老师不在身边的情况下进行一些简单的寻样、拍照等工作。这种方式缓解了管理老师的压力，并为其腾出更多时间和精力开发仪器功能，为师生提供更好的技术支持。

仪器管理老师在化学与材料工程学院开结构分析课程，该课程教授对象分别为本科生和研究生。其中研究生课程对学校所有专业开放。本科生课程其透射电镜内容为2课时，通过科普形式介绍透射电镜的发展历史、结构和功能。而研究生课程包括6课时理论和3课时上机实验。理论课程内容包括透射电镜的原理、电镜结构、物相分析、电子显微衬度像等内容。上机实验课包括展示本中心透射电镜的功能，安排每位同学上机学习进样、简单的合轴、拍照以及学习CCD和能谱软件的使用等内容。通过这些课程的学习，本科学生会在脑海里留下了透射电镜的概念，研究生则能够系统掌握了透射电镜的理论和实际操作的技巧，为其今后科研工作提供助力。

为了在提高仪器使用效率的同时并减少因为不当操作而造成仪器损害，本平台为电镜用户提供培训服务。要求需要独立使用电镜的用户先提交使用申请表。仪器管理老师在每学期初集中对提交申请的老师和学生进行理论和上机培训，并分发一些电镜的基础理论知识、样品制备、操作手册、日常维护等学习资料。申请者在培训后参加中心统一组织的理论考试，考试通过者方可参加下一阶段的上机培训。参加上机培训的老师和学生必须参加一学期内累积超过8机时的上机培训后，经由管理人员考核通过后颁发上岗操作证。持有上岗操作证的老师和同学可自主使用透射电镜。

通过这些授课和培训方式，电镜技术在学生中间得以推广。学生们通过上课了解电镜能做什么后可以有选择的利用电镜来推动其课题研究进程。而在另一方面，了解透射电镜的工作原理会帮助学生在使用电镜时更加清楚自己的需求，从而能够更加有效的利用电镜服务。

2建立合理的透射电镜服务收费标准

透射电镜是一个大型复杂的仪器，其日常运行会耗费不少资源，包括用电、高纯气体、液氮、高真空油脂等耗材，每年运行费用在10万元以上。这对大型仪器中心和学校都是不小负担。通过建立合理的收费制度，可以将收到的费用大部分用作仪器维护基金，小部分用于调动管理老师的积极性，让电镜能够更好的服务用户。另一方面，通过合理运用经济杠杆，可进一步优化各课题组的电镜使用时段从而提高其使用效率。为此，本中心在通过参考兄弟院校的收费标准和征求各课题组老师的意见后，建立了阶梯收费标准。其主要指导思想是在保障完成学校教学科研任务前提下对所有使用电镜的课题组进行收费。为确保完成学校的科研/教学任务，设立校内课题组的价格为校外的一半。为了鼓励课题组培养独立操作用户，实行独立操作用户价格为送样用户价格的1/4，同时鼓励独立操作用户使用非工作段时间，比如夜间17：00-00：00，或者周末时间。这样可以将大量工作时间段留给送样用户，进一步提高了仪器的利用率。

3仪器资源共享平台建设

通过互联网建立仪器资源共享平台管理系统能够有效的整合校内设备资源、极大的提高仪器利用效率。大型仪器平台通过商用软件对账户分为仪器管理账户、教师账户和学生账户。仪器管理老师使用仪器管理账户将所管理的仪器的信息包括名称、型号、技术指标等信息发布在网上，通过互联网管理该仪器的开放时间、收费情况、仪器状态等信息。教师账户和管理员账户均为永久账户，教师账户可以通过该账户进行预充值，并可以管理其课题组下的学生账户。课题组必须有足够的资金才可以进行仪器预约。仪器使用完毕后实时扣费。学生账号的有效期和学生的毕业时间绑定，确保在无特殊情况下，学生毕业后其账号即被销户。对于所有第一次预约透射电镜的用户都必须认真阅读一些初步的电镜相关知识后方可进行预约。通过这一步骤，避免了一些因无需使用透射电镜的表征或者本仪器无法测试其样品的产生的无效预约，减少了透射电镜受样品损害的几率。而一些如透射电镜烘烤镜筒、电镜维护或者电镜临时关闭以及一些需要注意的事项都通过置顶公告来告知用户，使得电镜用户能够第一时间了解电镜的工作状态。而每次用户使用完毕，系统都会给用户发送一个意见反馈表，需要用户对仪器的工作状态、仪器管理老师的服务情况进行认真填写。这些反馈信息也能让管理老师更好的了解用户的需求。

通过仪器共享平台的建设，建立了仪器管理老师和课题组用户之间一对多形式的桥梁，既方便了用户预约过程，也让管理老师对仪器进行更加有效的管理。

4电镜实验室管理

为了保障透射电镜的高效运转，一个好的电镜实验室管理方法是必不可少的。因此本中心从以下两个方面来进一步优化透射电镜管理：第一，建立完善的实验室规章制度，包括透射电镜培训考核标准、透射电镜使用规章制度、透射电镜日常维护制度等。这些规章制度涵盖了用户从培训、考核、预约使用到日常维护以及在使用透射电镜时的每一个步骤。做到了用户在使用电镜时全方位制度约束，有效减少了电镜在使用过程中因为失误操作而造成损害。自从仪器安装到现在七年间，尚未发生一起需工程师过来解决的故障。

第二， 选拔学生助管：充分利用学生资源，通过课堂表现选择一些对电镜感兴趣而且动手能力较好的研究生同学，采用助学金的方式雇佣学生在学习之余帮助老师做一些简单的电镜管理工作，如电镜时环境维护、简单样品测试等。这样能极大的减轻电镜老师的工作，从而有时间去管理其他一些相关设备。

5結语

自本校透射电镜安装完毕后，一直平稳高效的为学校教学、科研工作提供最大的助力。参与了多个国家级、省级自然科学基金项目，并在国际顶级刊物发表了材料领域相关的学术论文，对学校的国际学术名声的提升，起到了一定的作用。通过有效的培训考核和完善的管理制度保证了仪器的无故障运转，通过建立仪器资源共享平台和合理的收费制度，使得该仪器能更好的服务用户，并调动用户的积极性从而使仪器能够充分的发挥其作用。这些管理经验对如何提高大型设备的使用率，提升开放共享水平和服务社会水平提供了宝贵的思考土壤。

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