STEM的案例
五名Ansys員工獲Women of Color STEM 獎項杰出女性表彰
關于Women of Color (WOC)
STEM大會
每年一次的Women of Color (WOC) STEM大會是由大力提倡職場多元化的Career Communications Group Inc.（CCG）舉辦的多元文化盛會。26年來Women of Color STEM大會一直是一項支持職業發展與職場聯誼的重大活動，CCG與各規模企業合作，促進STEM領域的多元化文化和平等性。如欲進一步了解以數字孿生體驗（DTX）為主題的2021年WOC STEM大會，請訪問www.womenofcolor.net
展開 五名Ansys員工獲Women of Color STEM 獎項杰出女性表彰
受表彰人員將獲以下類別獎項，包括技術全明星獎、技術新星獎和教育先進獎
主要亮點
Lakshana Mohee、Sujata Bandyopadhyay、Terri Washington、Vidyu Challa和Eunhee Kim將在Women of Color (WOC) STEM大會上接受表彰
該獎項旨在表彰女性在STEM領域的杰出成就
五名 Ansys員工將在以數字孿生體驗（DTX）為主題的Women of Color (WOC) STEM大會上接受表彰，該獎項是科學、技術、工程與數學（STEM）領域最顯赫的行業榮譽之一。
20多年來，這些獎項持續發揮著雙重作用。既展現出女性在STEM領域取得的杰出成就，又凸顯了她們在職場中突破的重重困難。
展開 新思科技為STEM Racing引入數字孿生賽道和NVIDIA Omniverse平臺
新思科技于新加坡舉辦的Aramco STEM Racing世界總決賽上推出虛擬賽道體驗，并將在STEM Racing 2025-2026賽季發布增強技術版本
主要亮點
新思科技旗下公司Ansys為STEM Racing（原“F1 in Schools”）創建了數字孿生賽道，使學生能夠使用先進的計算流體力學（CFD）方法，對微型F1賽車的空氣動力學進行虛擬測試
各車隊將在2025-2026賽季的賽事中獲得一系列新技術體驗，其中包括賽道的數字孿生模型、Ansys Discovery?軟件以及NVIDIA Omniverse平臺
面向青少年學生的簡化版工作流程，已于9月27日至10月2日舉辦的Aramco STEM Racing世界總決賽上展示，其使參賽學生能夠根據基本參數進行調整并了解其對賽車性能的影響
新思科技在新加坡舉辦的Aramco STEM Racing世界總決賽上，推出了以Discovery為核心、并由NVIDIA Omniverse庫加速的數字孿生賽道體驗。作為STEM Racing的全球獨家CFD仿真合作伙伴，新思科技為全世界超過400,000名學生免費提供先進仿真軟件（專業F1團隊使用的相同工具）、教育資源和技術支持。在STEM Racing賽事中，來自65個國家/地區的初中和高中生團隊利用其設計的微型F1賽車競技角逐。
此次，新的架構能夠將學生在Discovery中優化后的賽車，與賽道數字孿生以及Omniverse庫相連接。利用Discovery軟件，團隊可以探索先進的空氣動力學概念，并學習如何解讀CFD行為。隨后，將該數據導入Omniverse，團隊就能夠實時可視化氣體流動，從而更深入地了解復雜的STEM主題。
展開 ：借助STEM的位相襯度識別平衡態Ni-YSZ界面原子結構
Kaplan教授（通訊作者）在Acta Materialia上發表了題為“Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM:The Equilibrated Ni-YSZ Interface”的文章。Ni和釔穩定氧化鋯（YSZ）的平衡界面是1350℃，氧偏壓為10-20atm條件下，Ni薄膜在YSZ單晶的(111)表面通過固態潤濕形成的。平衡固-固界面的原子結構借助單色消像差矯正的掃描透射電子顯微鏡（STEM）使用不同技術來確定。結果顯示由于Ni和YSZ重構界面之間發生了大的晶格錯配，形成了一種包含高密度失配位錯的特殊結構。然而，盡管有大的晶格錯配，界面也不是非共格的。界面由陽離子終止，這可能是由于低氧偏壓下達到平衡導致的。
【圖文導讀】
圖1：通過固態潤濕方法制備，平衡態Ni顆粒在YSZ基底上的二次電子HRSEM圖像。
顆粒的(111)面與YSZ基底表面的(111)面平行。點劃線矩形為FIB選擇的區域，用于TEM分析。
圖2：同時獲得的平衡態Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區域STEM圖像。
(a)高角度環形暗場STEM圖像；
(b)環形明場STEM圖像。
圖3：界面區域的iDPC-STEM表征。
(a)平衡態Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區域的iDPC-STEM圖像，界面處Ni原子和Zr原子之間的電荷轉移明顯可見;
(b)將(a)圖使用高通濾波器進行過濾后的圖像，原子柱位置可在界面兩側都看到；
(c)白色方框劃定的沿界面交替排布的重復單元定義為A和B，一個剩余連續平面（B單元）在一列結構單元之間分離。
圖4：界面區域的EDS分布圖。
(A)界面的環形暗場STEM圖像；
(B-F)同一區域的EDS能譜分布圖。
展開 
：借助STEM的位相襯度識別平衡態Ni-YSZ界面原子結構
Kaplan教授（通訊作者）在Acta Materialia上發表了題為“Discerning Interface Atomistic Structure by Phase Contrast in STEM:The Equilibrated Ni-YSZ Interface”的文章。Ni和釔穩定氧化鋯（YSZ）的平衡界面是1350℃，氧偏壓為10-20atm條件下，Ni薄膜在YSZ單晶的(111)表面通過固態潤濕形成的。平衡固-固界面的原子結構借助單色消像差矯正的掃描透射電子顯微鏡（STEM）使用不同技術來確定。結果顯示由于Ni和YSZ重構界面之間發生了大的晶格錯配，形成了一種包含高密度失配位錯的特殊結構。然而，盡管有大的晶格錯配，界面也不是非共格的。界面由陽離子終止，這可能是由于低氧偏壓下達到平衡導致的。
【圖文導讀】
圖1：通過固態潤濕方法制備，平衡態Ni顆粒在YSZ基底上的二次電子HRSEM圖像。
顆粒的(111)面與YSZ基底表面的(111)面平行。點劃線矩形為FIB選擇的區域，用于TEM分析。
圖2：同時獲得的平衡態Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區域STEM圖像。
(a)高角度環形暗場STEM圖像；
(b)環形明場STEM圖像。
圖3：界面區域的iDPC-STEM表征。
(a)平衡態Ni顆粒沿Ni[-110]軸向的界面區域的iDPC-STEM圖像，界面處Ni原子和Zr原子之間的電荷轉移明顯可見;
(b)將(a)圖使用高通濾波器進行過濾后的圖像，原子柱位置可在界面兩側都看到；
(c)白色方框劃定的沿界面交替排布的重復單元定義為A和B，一個剩余連續平面（B單元）在一列結構單元之間分離。
圖4：界面區域的EDS分布圖。
(A)界面的環形暗場STEM圖像；
(B-F)同一區域的EDS能譜分布圖。
展開 跟隨Ansys探尋飛機飛上天的秘密
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關于Ansys創新課程 | STEM項目
Ansys STEM項目旨在吸引并培養學生群體對工程和科學的興趣。主要針對小學，初中和剛上高中的學生及相應年級的教師，旨在其思考過程中引入工程仿真概念（CAD/CAE）。通過視頻講解的方式探討物理和數學中的重要基礎概念，涉及日常生活中常見的物品設計和生產，例如飛機、運動器材和智能手機等。通過極具吸引力的實例來表達技術概念，展示動手實驗和仿真示例，更好地幫助學生理解和操作。STEM系列視頻是Ansys正在構建STEM的課程基礎，同時也是創新課程項目AIC的一部分。視頻將從使用Ansys Discovery產品進行STEM課程的實體建模課程和基本仿真。該課程的最終目標是引導學生在高中后期和本科階段接受更高級別的AIC課程。了解更多https://courses.ansys.com
展開 Sci. Adv.: 二維平面量子阱超晶格的位錯驅動生長
嵌入單層WSe2晶格內的WS2量子阱結構和應變分析
（A）寬度為1.2nm的WS2量子阱的原子分辨率STEM-ADF圖像。黃色虛線突出顯示了WS2量子阱和WSe2晶格之間的共格界面。 六邊形強調格子的方向。
（B和C）與（A）中同區域的能譜成像分析分別顯示了WS2和WSe2的空間分布。
（D和E）為WS2量子阱的高分辨率STEM-ADF圖像以及相應的原子結構模型。
（F到H）整個65 nm長的WS2量子阱的STEM-ADF以及量子阱周圍相應的應變分布。
（I和J）為STEM-ADF圖像，顯示了（F）中WS2量子阱頂端的位錯核的原子排列和相應的原子模型。
圖2. 在WSe2/WS2平面側向界面處的周期性位錯陣列的形成和WS2量子阱的位錯驅動生長
（A）圖顯示（I）周期性位錯陣列的形成，（II）WS2量子阱的位錯驅動生長，和（III）WSe2 / WS2側向異質結中2D量子阱超晶格的形成。
（B）未形成WS2量子阱的WSe2 / WS2側向界面的STEM-ADF圖像。外延界面由黃色虛線突出顯示。
（C）相應的應變分布，疊加在ADF圖像上，顯示在異質界面處形成周期性位錯陣列。
（D）WSe2 / WS2側向界面的STEM-ADF圖像與WS2量子阱的形成。 WS2量子阱顯示為具有相同寬度的暗條紋。
（E）對應的應變圖，疊加在ADF圖像上，顯示在每個WS2量子阱的頂端存在位錯核。
圖3. WSe2中WS2量子阱的生長機制
（A）由于晶格失配而在WS2/WSe2界面處的5|7位錯的原子模型，
（B）位錯通過插入W原子和S2對發送攀移進入WSe2，
（C）用S取代位于5|7位錯五角形處的Se原子，
（D）隨后在5|7位錯旁以S取代了Se原子，產生了一個四單胞寬度的WS2納米種晶。
（E）不同水平的壓縮應變下SSe取代的能壘。
展開 北京化工大學&華南理工Chem: Ru單原子電催化還原氮氣合成氨
（B）低倍率高角度環形暗場-掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖以及C，N，Ru，Zr和O的EDS-map圖。
（C）圖像（B）中所示區域的EDX光譜圖。
（D和E）低倍率（D）和高倍率（E）HAADF-STEM圖。
（F）局部（E圖虛線方框區域）HAADF-STEM放大圖。
（G）帶通濾波HAADF-STEM圖。對圖像進行帶通濾波，以消除由于碳載體厚度不同而導致的強度變化，從而可以更清楚地區分Ru單原子。
（H）調整顏色對比度后的HAADF-STEM圖。
圖三
電化學氮還原的
催化性能
分析
（A）在-0.21 V（相對于RHE）處電解2小時后電解液的紫外-可見吸收光譜。
（B-E）各種催化劑在不同電位處的NH3法拉第效率、NH3產率和分電流密度。
（F）Ru @ ZrO2/NC在10 °C、-0.21 V（相對于RHE）條件下的長期耐久性試驗。
圖
四
NRR六次循環試驗后Ru @ ZrO2/NC的形貌和結構表征
（A）低倍率HAADF-STEM圖。
（B-F）（A）中所示區域的C（B），N（C），Ru（D），Zr（E）和O（F）的EDS-map圖。
（G）標注單個Ru位點（如黃色虛線圓圈所示）的HAADF-STEM圖。
圖
五
NRR計算模型和自由能圖
（A）各種反應位點NRR的電勢決速步驟自由能變換（△GPDS）。
（B）Ru @ Zr32O63和Ru/NC2的計算模型。
（C）Ru @ Zr32O63 NRR的自由能圖。
展開 Acta Mater.：鎳基高溫合金界面位錯網絡的再偏析
圖 2 界面位錯網絡的EDS能譜圖
（a）垂直于位錯網絡的EDS能譜圖；
（b-c）含和不含位錯界面的γ/γ’相界面的HAADF-STEM圖像。
圖 3 原子尺度下界面位錯核心結構的STEM和化學分析圖
（a）樣品A界面位錯核心結構的高分辨HAADF-STEM圖像；
（b）是（a）位錯核心γ相Re，Cr，Co和Mo的EDS圖。
圖 4 樣品A-F中50個界面核心Re含量的統計圖
（a）樣品A中Re的統計圖；
（b）樣品B中Re的統計圖；
（c）樣品C中Re的統計圖；
（d）樣品D中Re的統計圖；
（e）樣品E中Re的統計圖；
（f）樣品F中Re的統計圖。
圖 5 原位拉伸時，樣品A和C的位錯行為比較圖
（a）原位拉伸樣品A的STEM圖像；
（b）原位拉伸樣品B的STEM圖像；
（c）是（a）的放大圖和Cr的能譜圖；
（d）是（b）的放大圖和Cr的能譜圖。
圖 6 微拉伸樣品A和C的SEM圖像
（a，b）樣品A和C的裂紋圖像；
（c，d）樣品A和C的滑移圖像。
圖 7 γ/γ’相界面中Re原子偏析模擬圖
（a）界面位錯結構的示意圖；
（b）γ相中Re原子的原始分布圖；
（c）通過蒙特卡羅模擬優化圖。
圖 8 Re對位錯核心寬度的影響
（a）位錯核心不同Re含量的分布圖；
（b）基于Peierls-Nabarro模型的tan-1函數的錯合度模擬圖。
圖 9 純粹界面位錯和含Re界面在不同應力狀態下的比較圖
（a）含和不含Re位錯核心界面的模擬圖；
（b）小框架中應力分量σxx，σyy，σxy和流體靜應力σH圖。
【小結】
本文通過亞埃解析STEM和EDS技術，在單晶高溫合金樣品中定量研究界面位錯網絡處的Re偏析。
展開 用matlab對信號進行傅里葉變換的入門實例
^n;
%構建原始信號，為指數信號
Xk=fft(xn,N);
subplot(221);
stem(n,xn);
title('原信號');
subplot(212);
stem(n,abs(Xk));
title('FFT變換')
結果：
分析：由圖可見，fft變換的頻率中心不在0點，這是fft算法造成的，把fft改為fft shift可以將頻率中心移到0點。
來源：博客園-走豈來的博客
浙江大學Advanced Materials: 靜電力驅動的氧化物異質外延與界面調控
圖2：原子分辨切片橫截面的HAADF-STEM圖
(a-c):TiO2/PTO，STO/PTO以及BFO/PTO異質結，每張圖中的黑色箭頭指向其異質結界面原子層；
(d-f):垂直于每個異質結HAADF-STEM圖界面的強度線。
圖3：納米片正極化面處原子級分辨的HAADF-STEM圖及位移大小變化
(a-c):分別為TiO2/PTO、STO/PTO和BFO/PTO納米片正極化面處原子級分辨的HAADF-STEM圖；
(d-f):分別對應于TiO2/PTO、STO/PTO和BFO/PT原子位移大小變化。
圖4：STO/PTO界面電子能量損失譜及STO/PTO異質結生長模型
(a):STO/PTO異質結的原子級別的HAADF-STEM圖像；
(b):STO/PTO異質結界面電子能量損失譜圖；
(c):STO/PTO異質結構生長模型的示意圖，淺藍色虛線箭頭表示電子的轉移方向，其中步驟2中的灰色箭頭表示去極化場EDEP。
【小結】
本論文以鈣鈦礦鐵電氧化物及其異質結的生長、微結構及性能表征為核心，提出了通過鐵電極化表面靜電力驅動外延異質結生長的方法，開展了鈣鈦礦鐵電氧化物的微結構、鐵電極化、極化屏蔽與性能之間的關聯性的研究。以單晶PTO納米片為基體系統研究了鐵電極化表面靜電力對于TiO2晶體生長的影響，并闡明了生長機制。并將此方法應用到STO/PTO以及BFO/PTO體系中。
展開 
兩機葉片丨中科院寧波材料所：激光極端制造助力航空發動機氣膜孔高質量加工
對此，由中科院寧波材料所團隊首創了激光與管電極電解復合加工工藝(Laser-STEM)，實現了介入式激光加工。
圖9. 中科院寧波材料所團隊首創的激光與管電極電解復合加工工藝(Laser-STEM)，實現了介入式激光加工
如圖9左圖所示，傳統是管電極電解復合加工使用中空管電極，靠電化學場去除材料。由于電極中心的電場偏弱，因此，中心材料去除偏慢，進給速度稍快，就會導致中心突起，如果再快，就可能出現電路短路，破壞電極的完整性。電解加工一般可以忽略熱影響，這是激光加工所不具備的。但電解加工對非導電材料極難加工。
該團隊將液核光纖技術引入STEM工藝中。當中心的激光功率足夠強時，可以直接用激光快速去除中心材料，而激光深度方向去除材料的速度一般遠遠高于電解加工。如此，如果能夠將液核光纖普通使用的純凈水換為合適的電解質，則可以既在中心使用激光加工，又可以用管電極同步進行電解加工，消除激光加工的熱影響。更關鍵的是，電解加工可以很好地消除常規激光加工很難避免的大深度加工深度問題。因而，適當的組合下，Laser-STEM工藝可以實現介入式的激光孔加工。反過來，激光加工的熱效應、力效應又可以進一步提升電解加工的效率。
目前，Laser-STEM工藝已經實現無錐度、無熱影響、無工具磨損、突破加工深度極限的孔加工，可對鈦合金、高強鋼等難加工材料進行高速、超深孔加工。該工藝是智能能量場制造的典型案例。相對傳統的管電極電解加工（STEM），Laser-STEM工具電級進給速率已經達到4-6mm/min，遠遠大于目前STEM工藝的國際水平（2-3mm/min），加工精度提高67%，材料加工厚度達到100mm以上，深徑比超過100:1。
展開 馬普所材料頂刊（IF31.041）：一種全新合金設計理念！實現兼具超強高韌、高熱穩定性合金
（a）典型高角環形暗場掃描透射電子顯微圖（HAADF-STEM）。插圖中是針對截面試樣的典型選區電子衍射（SAED）花樣，顯示了一個非晶環和具有{00 0 2}強織構的衍射花樣。（b-c）截面高分辨掃描透射電子顯微圖（HR-STEM），分別顯示了<11 -2 0>晶帶軸下的HCP結構（晶態CrCoNi相）和非晶相的類迷宮花樣。插圖是相應的快速傅里葉變換圖（FFT），顯示了HCP相的{00 0 2}晶面是垂直于合金生長方向的，非晶相呈現出典型的漫射環特征。（d）晶體-非晶共生合金的HAADF-STEM以及能量散射譜圖（EDS）。（e）原子探針層析（APT）數據的三維重構圖，顯示了納米片層結構。（f）從APT數據中截取1nm厚薄片，并作出關于Cr、Co、Ni的2D濃度分布圖。（g）在（f）圖中箭頭所示區域的1D成分圖。
圖2. 晶體-非晶共生合金的熱穩定性。分別于（a）室溫下，（b）623K退火600s，（c）973K退火3600s的原位加熱實驗下的HAADF-STEM圖。在（a）中的紅色和綠色箭頭分別指向非晶層和晶體層。（d）在不同退火溫度保持1小時后共生合金的硬度變化。（e）試樣于973K非原位退火1小時后的球差校正HRTEM圖，顯示了晶體-非晶納米復合結構得以維持。右上角和右下角的插圖為虛線綠框和虛線黃框區域的FFT圖，分別顯示了HCP與FCC結構。在靠近晶體-非晶界面的非晶層中可以發現有一些很小的納米晶（箭頭所示），這一現象可能是退火過程中的不完全非晶化造成的。原因是在于靠近晶體-非晶界面處的非晶層含有較少的Ti、Zr、Nb和Hf元素，導致了玻璃形成能力（GFA）的下降。（f）623K退火1小時試樣的APT數據的三維重構。（g）在（f）圖中箭頭所示區域的623K和973K退火1小時試樣的1D成分圖。
圖3.
展開 中科院化學所&四川大學Advanced Energy Materials：一種層狀?隧道共生結構的高
圖二 層狀-隧道共生材料結構的微觀表征
（a，b）層狀-隧道共生結構的TEM圖（不同放大倍數）
（c，d）層狀-隧道共生結構的HR-TEM圖（不同位置）
（e，f）隧道結構在[010]帶軸的ABF-STEM和HAADF-STEM圖
（g，h）層狀結構在[001]帶軸的ABF-STEM和HAADF-STEM圖
圖三 電化學性能表征
（a，b）層狀,隧道,與層狀隧道共生電極的比容量以及比能量曲線對比
（c）層狀隧道共生電極的不同循環次數的恒流充放電曲線
（d）層狀, 隧道,與層狀隧道共生電極的倍率性能對比
（e）層狀隧道共生電極的不同倍率的恒流充放電曲線
（f）從性能的各個方面與已報道的正極進行對比
（g）層狀隧道共生電極在1C下的循環性能
圖四 層狀-隧道共生材料的充放電機理
（a，b）層狀-隧道共生結構電極在C/10電流密度下進行充放電的原位XRD圖以及相應的二維等高線圖。
【小結】
研究人員通過合理的結構調制策略設計出的層狀隧道共生材料能結合層狀結構與隧道結構各自的優勢，大幅度提高鈉離子電池正極材料的電化學性能。這種共生材料所具有的獨特結構結合各種先進表征手段得到驗證，兩種結構相互作用的深層次機理也從多重角度進行闡述。本工作提出的結構設計策略和二元協同效應可以進一步推廣到其他正極材料體系研究中，這為未來開發高性能鈉離子電池正極材料和推進鈉離子電池實用化奠定了堅實的基礎。
文獻鏈接：“A Layered–Tunnel Intergrowth Structure for High‐Performance Sodium‐Ion Oxide Cathode”(Adv. Energy. Mater.，2018， DOI: 10.1002/aenm.201800492)
展開 南京理工《Nature Materials》：非晶合金材料取得突破性進展！
分別沿 [100]、[110]和 [111]方向拍攝的立方體相的球差校正HAADF-STEM圖像。紅色箭頭表示存在具有納米級周期性堆積的中程序結構單元。右上是從立方體相的紅色正方形區域ACF計算所得二維圖像。右下是從非晶態基體中的黃色正方形區域ACF計算所得二維圖像。d. 583 K退火Pd-Ni-P樣品的Cs校正HAADF-STEM圖像，該樣品具有完全非晶態結構，不同區域ACF處理所得圖像位于右側。e-g. 分別為以[100]方向拍攝的Pd、Ni和P的原子分辨率EDS能譜圖。
解開中程序結構單元的關鍵在于重構亞穩立方相的結構（圖3）。HAADF-STEM的結果顯示，立方相的晶胞由兩個不同的團簇構成。較大的中程序結構單元通過占據其頂點形成單位單元格的“骨架”，而較小的一個結構單元，則通過占據邊緣和面心來填充間隙，并充當連接較大團簇的粘合劑（圖3a）。我們認為小團簇是一個以P為中心的短程基序，如P原子的原子分辨率EDS圖所示（圖2g）。尺度約為12.5?的大團簇，即6M-TTP，由六個三帽三棱柱（TTP）短程基序通過共邊連接的模式構成，并且每個TTP的兩個共用邊之間成60°異面角（圖3b）。連接兩個相鄰TTP的共用邊由單個TTP的一個戴帽原子和一個頂點原子組成。而6M-TTP的中心被形成一維鏈的P原子占據。將二維差分濾波（2D-DF）HAADF-STEM圖像與沿6M-TTP團簇[100]、[110]和[111]方向獲得的模擬STEM圖像進行比較（圖3c-3e），晶格參數與從低角度XRD模式獲得的參數以及我們的堆積方案非常吻合。良好的一致性表明6M-TTP團簇能夠很好地重構立方體相的基元。
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