学院仪器共享平台场发射扫描电镜的开放与管理实践

黄艳萍

四川大学化学工程学院工程实验教学中心（四川成都 610064）

扫描电子显微镜（以下简称“扫描电镜”）是一种用于高分辨率微区形貌分析的高端大型精密仪器，具有分辨率高、成像直观、景深大、立体感强等优点，在材料、医学和化学等领域具有广泛的应用[1]。四川大学化学工程学院（以下简称“我院”）科研方向有电池能源材料、膜材料、催化剂和纳米尺度化学传感器等，对扫描电镜有很大测试需求[2-4]。为了提升和扩展在能源材料等领域的硬件水平和研究深度，提高在研究领域的科研竞争力和影响力，我院于2016年引进了一台日本电子JSM-7610热场发射扫描电镜，目前由工程实验教学中心进行管理。JSM-7610是一款半浸没式高分辨场发射扫描电镜，具有低真空模式。后期配备了等离子清洗机、透射电子检测器和样品台导航系统等附件。其价值244万元，最高加速电压30 kv，点分辨率最高1 nm，可实现微区形貌分析、微区能谱检测分析和等离子清洗等功能。

热场发射扫描电镜自完成安装调试以来，服务于校内外广大师生的科研需求，参与多项课题的研究，取得了一些成果。如何将扫描电镜这种大型精密仪器管好、用好，更好地服务于教学科研，加大开放共享使用力度，是仪器管理人员需要探索和思考的问题[5]。根据我院扫描电镜在近5年的使用情况，就场发射扫描电镜的开放和管理进行总结和探讨。

1 学院扫描电镜实验室现状

我院场发射扫描电镜放置于江安校区。江安校区目前大部分学生为本科生和文科学院的硕博研究生，而需要用到扫描电镜的理工科学院的硕博研究生大多在望江校区，本院也只有少量课题组在江安校区常驻。望江校区有多个单位有扫描电镜，测试等待时间并不长，学生更愿意往望江校区有扫描电镜的单位送样，地域上的不便限制了我院扫描电镜的使用率。由于扫描电镜的操作需要较高的专业知识和操作水平，而仪器管理员通常“身兼数职”，还需要上课、批改实验报告和管理其他庞杂事务，无法在测试技术上进行专研，导致扫描电镜的利用水平并不高。此外，专业技术管理人员人数和时间的缺乏，也无法满足普遍的测试需求。针对以上问题，为了提高扫描电镜的利用率和学院科研水平，同时培养学生的动手能力，学院和工程实验教学中心进行了一系列的探索。

2 扫描电镜实验室管理和共享开放制度

制度是管理工作的基础和保障[6]。我院工程实验教学中心严格遵守《四川大学实验室安全和环保管理条例》、《四川大学实验室安全管理条例（修订）》和《实验仪器开放共享管理办法（试行）》，并相应地制定了《化学工程学院工程实验教学中心共享设备预约使用规则（试行）》和《扫描电镜送样及制样管理办法（试行）》等相关制度。在扫描电镜实验室门口挂有安全信息牌，对危险源张贴警示标识，室内装有监控，对第一次进入实验室的各类实验人员进行安全知识教育，并定期进行安全检查。

为了加强仪器设备的开放共享，我院利用网络技术搭建了化学工程学院数据服务中心。用户可在该平台上进行仪器设备的查询和预约，设备管理员也可以通过平台了解仪器的预约情况，从而合理安排实验时间和仪器维护保养计划。以院内用户为例，数据服务中心的扫描电镜预约测试流程如图1所示。院内用户登录数据服务中心平台，检索到场发射扫描电镜，提交预约申请，依次通过导师审核、中心审核和仪器管理员审核后，才能预约成功。各级审核人将驳回不符合要求的测试申请并给出驳回理由。用户按预约时间进行实验，测试结束后，自行拷贝数据，并填写仪器使用记录。校内院外用户和校外用户通过直接联系设备管理员的方式来进行测试预约，目前有电话预约、QQ预约、微信预约和建立外学院测试账户自行预约4种方式。由于我院的数据服务中心用户数接近饱和，无法为每个校内院外和校外用户建立测试账户。因而，针对临时的校内用户和校外用户，电话、QQ和微信为主要预约途径；对于长期在我院进行测试的校内院外用户和校外用户，则建立测试账户，用户自行预约仪器测试，预约流程参照院内用户，最大限度地保障预约渠道的通畅。

图1 院内用户扫描电镜预约流程

3 仪器管理方法探讨

3.1 科研教师兼职仪器管理与测试

刚引进扫描电镜时，由于学院没有设置仪器管理员的岗位，因而由对扫描电镜有兴趣的年轻科研教师兼职仪器管理与测试。科研教师兼职仪器管理的优势在于，教师有较好的科研基础和科学素养，且有一定的测试基础，能够很快上手仪器的使用，可更好地把握测试样品的条件，提出更好的测试建议[7]。然而，由于教师的科研任务较重，且还有其他杂事缠身，不能保证足够的测试服务时间。扫描电镜操作的熟悉需要时间，而能付出足够时间的教师并不多，只有少量课题组能使用扫描电镜进行测试。种种原因导致前期学院的扫描电镜使用率并不高，大部分时间处于闲置状态。此外，扫描电镜日常需要诸多维护，而科研教师的服务时间不固定，无法兼顾仪器的使用和维护。

3.2 专人管理与有限度的开放

针对科研教师时间上不足的情况，我院随后将仪器管理与测试分开，由学院实验中心的实验教师进行仪器的日常管理与维护，同时对学院教师开放自行操作仪器的权限。当然，教师需要通过培训后才能上岗测试。这样，扫描电镜的日常维护得到了解决，而且教师也可以专心于测试。然而这种管理方法并没有解决扫描电镜使用率低的问题，仅有少量的教师能参加培训，且基本只接收本课题组的样品，大部分课题组并没有受益。此外，虽然扫描电镜由实验中心的老师进行日常管理和维护，但由于实验老师还需要承担大量的实验课，对仪器的管理也只能做到基础维护，并没有太多精力来研究如何提高扫描电镜的使用率。

3.3 专人专岗管理与分层次开放并行

为了解决扫描电镜使用率低的问题，我院在扫描电镜的管理方式上进行了两方面的改革：一是设置大型设备管理员岗位，由专人专岗来负责扫描电镜的管理与维护；二是采取分层次开放并行的管理方式，即设备管理员、科研教师和学生助教共同承担测试任务。针对扫描电镜需求较大的课题组，重点培训3～4名研究生担任仪器助理管理员，进行仪器的测试操作培训。考核合格后，由学生助教来主要提供测试服务。目前，已有多个高校聘用学生助教来协助管理仪器，且效果良好[8]。一方面，设备管理员不承担大量的其他实验课程，有足够的时间对扫描电镜进行维护，也不用将全部精力用于测试服务，可以对扫描电镜进行一些开发和管理工作，保障仪器的顺利运行。另外一方面，让学生参与到大型仪器的使用和管理工作中来，可以培养学生的自主探究、自主研学和自主创新的思维，也可以提升学生的动手能力和发现问题、解决问题的能力，符合当代研究生的培养要求，也有益于学生的就业和进一步深造[9-10]。此外，科研教师可根据自己的科研兴趣和需求来进行测试，不再承担繁杂的管理和维护工作，可以更专心地、深入地做好科研。如此，学院所有的学生都可以送样测试，极大地提高了扫描电镜的使用率和服务范围。2020年开始设立专职大型仪器管理员，通过培养学生助教来进行测试后，申请扫描电镜测试的课题组从8个增加至28个，测试年均时长也从300 h左右增加至900 h。

4 未来扫描电镜管理的一些探索思路

我院一直致力于加大扫描电镜等大型仪器的共享开放力度，在定价比校内其他单位优惠的基础上，实行专人专岗管理与分层次开放并行的模式，已取得了一定的成绩。然而，还存在着技术水平不高等问题。随着近年来国家科研经费投入的加大，越来越多的单位有能力购买扫描电镜，如何更好地提供测试服务，吸引更多院内、校内院外以及社会上更多的测试需求，也是需要考虑的问题。

4.1 多方面提升技术水平

加大扫描电镜的培训力度，从仪器工程师、熟练的扫描电镜操作员身上学习更多的样品前处理、样品制备，以及仪器操作、维护等相关知识；扫描电镜的操作也是一个经验累积的过程，在测试样品数量累积的过程中，不断总结、积累经验；将邀请电镜领域中硬件、应用方面的专家进行讲座，使相关人员进一步熟悉扫描电镜的结构和使用。将扫描电镜用好，也不仅限于熟练掌握仪器操作技术，对使用扫描电镜进行测试的领域也要有一定的了解。在今后，也将鼓励相关人员多方面地听取各领域的讲座，加深对使用扫描电镜测试的材料的认识，了解扫描电镜在最前沿的科学研究中可以扮演什么角色，能作什么新的尝试。

4.2 结合本单位平台打造特色技术优势

我院配置的扫描电镜型号已经算不上先进，在测试效果上和其他单位相比并没有显著的优势，而且我院样品种类较为单一，大多为纳米材料，只有少量的金属块体材料，想要实现对各类样品的测试技术水平提升难度太大，也没有足够的测试需求来支撑。因此，要想脱颖而出，需要另辟蹊径。我院公用仪器平台有带光电复导型（MCT）检测器的红外光谱仪、电子顺磁共振波谱仪、透射电子显微镜、IGA智能重量法吸附仪、纳米粒度及Zeta电位分析仪和拉曼光谱仪等测试仪器，以我院样品测试需求为基础，结合平台中的测试仪器，深耕纳米材料样品的特性，拓展平台中测试仪器对此类样品的测试能力，探索出特定样品的全面检测服务，打造平台特色技术优势，可能将成为我院今后考虑的一个发展方向。

5 结语

扫描电镜作为材料领域不可或缺的“眼睛”，测试需求量在我院、我校都是很大的。为了将扫描电镜用好、管好，更好地服务学校、学院“双一流建设”，充分发挥其在人才培养、科研和社会服务等方面的作用，我院在开放共享和管理方法上进行了一系列探究和实践，也提出了未来扫描电镜管理的一些探索思路，为学院其他大型仪器管理提供了一些经验和参考。