南京大学邓昱：与电镜同行三十余年，在材料变化中寻找答案

南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师，亚原子电镜中心主任邓昱，长期从事电子显微学与原位电镜研究。对他而言，电镜从来不只是拍出一张更清楚的图，而是帮助科研人员理解材料在真实条件下为何改变、如何失效，又怎样被重新调控。

“可以说，是我选择了电镜，也可以说是电镜选择了我。"

从本科、硕士、博士都在南京大学物理系完成，到留校工作、赴美国劳伦斯伯克利国家实验室学习访问，再回到南大继续从事电子显微学研究，邓昱把三十多年的时间放在了同一条路上。

他说自己的经历“比较简单"，但恰恰是这条没有轻易改变方向的路，让他持续站在电子显微学、功能材料和先进制造的交汇处。

邓昱教授

高端电镜实验对环境稳定性要求极高。南京大学亚原子电镜中心建成十余年来，设备维护、样品制备、实验排期和数据处理共同构成了一个持续运行的科研现场。为了获得更稳定的原子尺度数据，学生有时会选择清晨或深夜开展实验。对他们而言，电镜中心不仅是一个装有精密仪器的空间，也是一处需要耐心、经验和协作的实验现场。

传统电镜擅长观察材料变化前后的状态，而邓昱团队更关心“变化正在发生时"的过程。

电池在循环中可能开裂，材料可能发生不可逆相变；器件在光、电、力、热等外场作用下，微观结构会不断调整，性能也随之改变。邓昱团队长期发展的原位电镜、多物理场联合加载和高通量4D-STEM技术，正是为了把材料放回接近真实的工作环境中，观察其微结构如何演化。

4D-STEM的价值，不只在于采集更大的数据量。它将实空间扫描与倒空间衍射信息同步记录下来，再借助高速直接电子探测器、数据重构和AI分析，从一次测试中提取结构、电场、应变、缺陷和相结构等多类信息。

在邓昱看来，电镜正在从“拍照片、拍视频"的工具，变成理解材料动态过程的数据平台。真正重要的不是得到多少幅图像，而是能否从数据中找到材料变化的原因，建立微结构与性能之间可靠的联系。

这种方法的意义，最终要在真实问题中得到检验。

在动力电池研究中，团队可以通过原位表征模拟材料在循环中的受力、受热和加电状态，从毫米或介观尺度发现裂纹、异常区域和动态变化；随后利用聚焦离子束进行微区取样，在原子尺度观察相变、界面和缺陷。材料为何开裂、为何发生不可逆相变、问题最初出现在哪里，往往只有沿着这条研究链不断深入，才能得到解释。

在芯片和集成电路分析中，情况同样复杂。局部加电和热点定位可以先把故障范围缩小到数微米，但对于高集成度器件而言，真正的失效点可能只在十纳米量级。研究人员需要借助FIB逐层切削、逐步缩小可疑区域，再结合原子尺度数据和AI分析，判断问题来自界面击穿、栅氧层漏电，还是其他局部缺陷。

“成功和有价值，就是一个人出现在合适的地方、在合适的时间做合适的事情。"

邓昱并不把电池和芯片看作单纯的热门方向。在他看来，科研方法只有进入真实问题，才能接受检验，也才能产生更长久的价值。研究不是为了追逐概念，而是要让方法真正服务产业的发展。

南京大学亚原子电镜中心的国仪量子双束电镜

从宏观筛选、样品制备，到原子尺度观察和大数据分析，一套先进方法并不是一台设备或一套算法能够独立完成的。它需要科研人员、学生、工程师和仪器平台共同参与。

在邓昱团队的科研流程中，国仪量子的双束电镜承担着样品制备、微纳加工、截面分析等工作，与团队的高通量4D-STEM方法形成衔接。围绕实际样品、实验需求和设备使用，研究人员与工程师持续沟通，让设备真正进入科研现场。

邓昱曾在美国国家实验室感受到科研与仪器产业之间高效协同的氛围：实验室提出需求，厂家参与测试和开发，新的方法与新的配件一起被验证、改进，再进入下一轮应用。这样的协同，也让他更加理解国产科学仪器发展的难处与价值。

“好仪器不是造出来就好，而是在真实使用中不断完善的。"

在他看来，国产高端仪器的发展，需要首批用户愿意使用、愿意反馈，也需要企业愿意根据真实需求持续迭代。仪器主机、零部件、原材料、软件算法、高校院所和应用用户，只有形成闭环，科研能力与产业能力才能一起成长。

这也是他愿意参与国产仪器应用探索的原因。对一位长期从事电镜研究的科学家而言，支持国产仪器并不是一句口号，而是把问题提出来、把设备用起来、把改进做下去。

电镜中心不仅是科研平台，也是学生成长的现场。

在这里，学生面对的不只是精密仪器，还有样品失败、数据异常、实验条件不稳定，以及一次次需要重新寻找答案的问题。邓昱希望学生学会的，不只是操作设备，更是面对问题、描述问题、与人协作，并从失败中继续往前走。

“挫折和困难肯定有，这是家常便饭。"

这句话既是他对科研的理解，也是他带学生的方式。复杂仪器背后，是复杂的科学问题；而复杂问题的解决，需要耐心、合作和时间。老师和学生之间，不只是单向指导，也是一种共同工作的关系。学生带来新的想法和活力，老师则帮助他们在不确定中建立判断。

邓昱教授与学生交流

邓昱并不主张用焦虑驱动年轻人。他认为，真正有难度的科研工作，越需要冷静和长期积累。人也不能只有工作，还需要家人、朋友和真正喜欢的事情，让自己在挑战之外保持恢复能力。

“不要焦虑，保持一颗平常心。"

从材料微观结构的变化，到一台仪器的持续迭代，再到一个年轻科研人员的成长，很多事情都无法一蹴而就。对邓昱而言，科研并不只是抵达某个结果，而是在漫长的时间里，把一件事做深，把一群人带出来，也把自己的人生走得更从容。

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