连续时间依赖性电子断层扫描技术的实现与评估：优化采集方案提升纳米材料三维动态表征

电子断层扫描(ET)在纳米材料表征中面临时间分辨率不足的挑战。为解决这一问题，研究人员开发了基于黄金比例扫描(GRS)和二分法(BD)的连续采集方案，通过优化角度分布和校正机械误差，实现了30倍的三维帧率提升。该研究为动态纳米过程研究提供了新方法，相关成果发表在《Ultramicroscopy》上。

　　

在纳米科技迅猛发展的今天，科学家们迫切需要观察纳米材料的三维动态变化过程。传统电子断层扫描(ET)虽然能提供纳米级三维结构信息，但其耗时长的增量式采集方案（通常需要1小时完成±60-80°范围内的2-3°步进采集）严重制约了对快速动态过程的观测能力。更棘手的是，敏感样品在电子束照射下容易产生损伤，而早期采集的高倾斜角图像又难以获得最佳离焦量，这些问题共同限制了ET在动态研究中的应用。

针对这些挑战，来自欧洲的研究团队（受欧盟"地平线2020"计划资助）创新性地将黄金比例扫描(GRS)和二分法(BD)这两种连续采集方案引入电子断层扫描领域。研究人员通过精心设计的实验，比较了这三种采集方案在静态和动态场景下的表现，相关成果发表在《Ultramicroscopy》期刊上。

研究采用了多种关键技术方法：通过模拟纳米壳结构和实验性金纳米星(Au NSt)样本进行验证；开发了加权同步迭代重建技术(WSIRT)校正角度非均匀性；实现了1°精度的反向间隙校正；利用自主开发的软件（GitHub开源）控制采集流程。特别值得注意的是，研究人员对传统BD方案进行了电子断层扫描专用优化，使其更适合有限倾斜范围的TEM系统。

在"断层扫描倾斜方案"部分，研究详细比较了增量式、GRS和BD三种方案的特点。增量式方案虽然采集效率高（θ_i=θ_min+iθ_step），但不适合连续重建；而GRS和BD通过智能角度分布，使相邻重建可共享投影数据，显著提高了时间分辨率。

"模拟采集"结果显示，虽然GRS和BD需要2-3倍采集时间和双倍电子剂量，但它们在动态应用中展现出独特优势。对纳米壳结构的模拟表明，当分组大小为8时，BD方案能有效减小缺失楔影响，保持重建质量。

在"结论"部分，研究人员指出：经过优化的GRS和BD方案虽然静态应用不如增量式高效，但能实现高达30倍的3D帧率提升。这一突破为研究纳米尺度快速过程（如化学反应、相变和机械变形）提供了新工具，推动了时间依赖性电子断层扫描技术的发展。

这项研究的创新之处在于首次系统评估了连续采集方案在电子断层扫描中的适用性，并提出了针对性的优化措施。特别是提出的WSIRT校正方法和1°反向间隙控制标准，为后续研究提供了重要参考。虽然目前GRS和BD在采集效率上仍有不足，但其在动态研究中的巨大潜力，预示着电子断层扫描技术将迎来从静态表征向动态观测的重要转变，为理解纳米材料的时空演化规律开辟了新途径。