透射电子显微镜运行和管理的实践与探索

张 露

（重庆大学 电子显微镜中心 材料科学与工程学院，重庆 400044）

透射电子显微镜是一台精密且价格昂贵的电子光学设备，通过接收电子束与样品相互作用后产生的各种信号，如弹性散射电子、非弹性散射电子、高角弹性散射电子和特征X 射线等，对材料内部的形貌、晶体结构和成分进行综合分析。透射电子显微镜广泛地应用于材料、生物、医学和半导体等科学研究领域，已经成为大部分科研单位不可缺少的显微分析表征设备[1-5]。

为满足日益增长的科研和教学的需求，重庆大学于2009 年7 月购置安装了一台德国蔡司的场发射透射电子显微镜（蔡司Libra200）。该设备运行近十年来，通过不断吸取先进的管理经验[6-8]，设备的开放制度由最初的管理员提供测试，定时开放，到现在的培训学生，持证上岗，全天开放，在保证教学工作顺利开展的同时，采取了各种激励制度，全面实施开放共享，最大限度地让设备高效运转，提高效益。本文通过总结蔡司 Libra200 透射电子显微镜安装至今的运行数据，对设备的运行效率进行评价，分析设备运行管理过程中存在的问题，并对设备进入老旧期的运行提出一些建议。

1 透射电镜简介

德国蔡司Libra 200 是一个200 kV 的热场发射透射电子显微镜，可以获得清晰的高分辨原子像，对材料内部的形貌、微观结构和晶体取向进行分析，同时配备了 X 射线能谱（EDS）、高角环形暗场像探头（HAADF）和电子能量损失谱（EELS），可以对材料的成分分布进行综合分析，是一台强大的分析性透射电子显微镜。自安装以来，该设备主要用于支撑校内科研工作的开展，此外还承担材料学院本科生和研究生的实验教学任务。在满足校内需求之外，也为校外其他科研单位和企业提供测试服务。自2009 年透射电镜开放使用以来，累计测试服务和教学培训6496 h，是我校利用效率最高的大型贵重仪器设备之一，该设备也多次被评为重庆市和我校大型科学仪器资源共享优秀机组。

2 透射电镜运行分析

蔡司Libra200 透射电子显微镜自2009 年10 月运行以来，主要用于支撑校内科研工作的开展，图1 所示是蔡司Libra200 透射电镜2009—2017 学年运行机时的统计图。设备运行的第一年，主要的管理模式是“定时开放、管理员提供测试”，服务机时主要是为科研提供测试，实验教学和培训还没有开展，整体运行机时不到400 h。随着设备运行逐渐稳定，为了进一步提高设备的使用效率，加大设备开放的力度，2010 年起开始实施“培训学生持证上岗”的运行模式。通过培训的开展，电镜的整体运行机时大幅上涨，年运行机时增长一倍，到2013 学年，年运行机时相比2009年增长将近2 倍，培训的开展使设备的使用效率大幅提高。

图1 蔡司Libra200 透射电镜2009—2017 学年运行机时统计图

2014 年到2015 年透射电镜开始出现各种大大小小的故障，透射电镜维修零配件的采购及与维修人员的协调耗费了大量的时间，延长了维修周期，从而导致设备可以提供测试的机时大幅缩减。2015 年4 月，材料学院也安装了多台透射电镜，分流了材料学院内部的测试需求，图2 为德国蔡司Libra200 透射电镜2009—2017 学年测试机时占比统计，从中可见蔡司透射电镜在材料学院内部的使用率自2015 年逐年下降，测试机时70%以上都来源于我校其他二级学院。2017年，学校测试分析中心又安装运行了一台透射电镜，致使蔡司透射电镜的年使用机时再度小幅下降。

图2 蔡司Libra200 透射电镜2009—2017 学年测试机时占比统计图

3 透射电镜运行效益评价

大型仪器设备的效益考核一直是各大高校实验室管理的难点，各个高校采用的评价方法也不一样[9-10]。根据《重庆大学大型仪器设备使用效益考核实施细则》我校大型仪器设备效益考核的内容主要包括设备资料、机时利用、测样情况、人才培养、科研成果、获奖情况、服务收入等7 个方面，考评主要综合这7 个方面进行评价，评价结果分为优、良、合格、不合格4 个等级[11]。设备运行初期，蔡司透射电镜的测试机时远远超过学校要求，在机时利用、测样情况、科研成果和人才培养方面均能获得较高的得分；随着设备的老旧化，设备测试机时和服务收入都有所降低，但是在人才培养和科研成果方面仍有贡献。综合各个方面，透射电镜的运行效益评价年年都获得良以上的评价结果。

但是，此评价体系也存在一定的缺点，每个评价标准没有更加细化和量化，在一定程度上缺乏客观性。此外，设备的运行都会面临设备的老旧和更新换代，单一地运用同一个评价体系对新旧设备进行评价，显然缺乏公正性。

4 存在的问题和解决方案探讨

随着蔡司透射电镜使用年限的增加，设备的老旧化使其运行机时逐渐降低，如何根据设备的特点，提高设备的使用效率已经成为现在亟待解决的问题。针对蔡司透射电镜目前存在的问题，提出以下解决方案：

4.1 加强设备维护保养，减少故障率

随着设备使用年限的增加，设备经常会出现大大小小的故障，维修会耗费大量的有效机时，严重降低了设备的使用率。为了减少设备的故障率，每年寒暑假开学前，对设备进行整体的维护保养和检修，发现问题及时解决。这个方法在2014 年设备出现严重故障以后便开始实施，也取得了一定的效果。

4.2 细化培训制度，缩短培训周期

设备目前采用学生培训持证上岗和管理员提供测试相结合的运行模式，但因透射电镜的培训周期较长，如果继续采取“学生培训持证上岗”的运行模式，可能会大大限制设备的使用率。可以尝试采取“分级别培训”和“培训专用助管”相结合的模式[12]，细化培训制度，针对学生不同的科研需求，培训特定功能，缩短培训周期，同时结合专用助管提供测试，多方面增加透射电镜的使用效率。

4.3 制定激励制度，提高设备使用率

因材料学院新购进多台透射电镜，蔡司透射电镜在校内的使用率逐年降低，可以尝试实行“包年会员制”，以较低的价格激励科研人员使用本设备进行测试。

4.4 完善对外开放机制，增加设备整体效益

设备在对外测试方面有很多不足，校外测试机时一直较少。设备运行初期，校内科研机时得不到满足，无法分配出有效机时给校外单位，随着我校透射电镜越来越多，蔡司透射电镜的使用机时有所减少，为了提高电镜的使用效率，需要加大对外宣传力度，吸引校外单位前来测试，尝试制定一些激励制度，进行适当的优惠，从而增加电镜的使用效率。

5 结语

通过综合分析蔡司透射电镜近10 年来的运行情况，反映出了设备在运行过程中存在的问题和不足，为制定科学合理的管理运行模式提供参考和依据。根据设备所处的时期不同，采取不同的运行模式，可以有效增加老旧设备的运行效率；通过采取不同的激励模式，积极开展对外开放，是提高设备使用率和整体效益的一个重要途径。