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[自控流量仪表] 中国仪器仪表问题:“争取部分先超越”

中国仪器仪表问题:“争取部分先超越”

——姚骏恩院士谈仪器仪表的研制策略
    “关于科研仪器的研制,目前我国步入了‘天时地利人和’时期。所谓‘天时’,指中国经济发展到今天,国家有了一定实力;‘地利’,指经过这些年发展,我们积累了正反两方面的经验教训;‘人和’即上上下下都认识到研制仪器的重要性。我们现在落后了,要赶上去。其中,有些可以快,但很多基础工作必须做,在短时间内是无法超越的。”伴随着我国科研仪器研制走过半个多世纪、在北京航空航天大学任教的姚骏恩院士,用这样的评语拉开了话题。

    “国家在制定‘十一五’科技发展规划时,有关部门征求过我的意见。如今,200kV场发射枪透射电子显微镜的研制已列入国家科技支撑计划重大项目”。他介绍,希望借助“十一五”大好契机,实现这个梦,因为这是几代人的奋斗目标。

    仪器拓展呈“迅雷不及掩耳”之势

    “仪器技术的发展速度惊人,人们始料未及。”

    他以显微镜发展为例介绍,光学显微镜的出现使人们发现了被称为19世纪“三大发现”之一的生物细胞,人类对自然界的认识实现了一次飞跃。然而,由于受到可见光波长的限制,光学显微镜的分辨极限约为0.2微米。诞生于1932~1933年的透射电子显微镜,利用电子束波长远小于可见光波长,使目前最先进的像差校正电镜的点分辨能力小于0.1纳米,可分辨单个原子,并可对线度为纳米量级的原子团进行结构及化学成分分析,能直接观察、进而分析研究物质微观结构与其宏观性质(功能)之间的关系。扫描电子显微镜的工作原理在1935年就已提出,它具有诸多优点,可直接观察固体表面,成像富有立体感,1965年商品化产品出现了。

    随着技术的不断推进,上世纪80年代初,一种全新的表面分析仪器——扫描隧道显微镜(Scanningtunnelingmicroscope——STM诞生了。其横向分辨能力高达0.1纳米,纵向达0.01纳米。可以直接观察大气、真空、甚至液体中处于自然状态下的样品,引起了科学界的极大关注。这一仪器在表面科学、材料科学与生命科学等领域获得广泛应用。与此同时,STM仪器本身也获得了迅速发展,相继诞生了一系列在工作模式、结构及主要性能等方面与STM相似的显微仪器,统称为扫描探针显微镜Scanningprobemicroscope(SPM),如原子力显微镜Atomicforcemicroscope(AFM)、光子扫描隧道显微镜PhotonSTM等,可以获得STM无法获取的各种表面结构信息。

    姚骏恩院士说,当前,各类显微镜正以其各自的优点,相互补充,为认识世界探索微观世界的奥秘,进而能动地改造世界。如,扫描隧道显微镜不仅能够观测物质表面的原子结构,而且开辟了从小到大,从下到上制造纳米器件的新途径。这些仪器还有测量和制造的功能,把仪器和机器有机地结合为一体。为了表彰电子显微镜的创始人E.Ruska教授及扫描隧道显微镜的发明者G.Binnig和H.Rohrer博士的功绩,瑞典皇家学院授予他们1986年诺贝尔物理奖。

    电镜研制,中国曾经辉煌

    中国电子显微镜研制历程在姚骏恩院士眼前清晰重现。


    他说,从1956年王大珩、钱临照先生等在制定我国《12年国家科学和技术长远发展规划》时提出研制电子显微镜以来,已经历了半个世纪。

    风华正茂的姚骏恩,1952年大学毕业后分配到中国科学院长春光机所工作。他的第一个课题是做精密电阻箱,自己动手缠线圈,买器材。一年之后,开始研制测量微小电流的检流计,涉及电磁场、光学、精密机械、材料等多个学科。1956年他跟随王大珩院士参加《12年科学技术发展远景规划》的制定,当时国家聘请前苏联专家作顾问,他负责翻译部分俄文资料。1957年,研究所本想派他去德国从事红外光谱仪研究。没料,德国不同意,不希望中国人学习他们这类高精尖仪器关键技术。

    “虽然没去成,但我却有幸参加了开创我国的电子显微镜研制事业”。他补充说。

    1958~1959年,长春光机所开始研制电镜,他主持设计、研制了10万倍大型电子显微镜。

    他说,“回头来看,中国基础的实验仪器,竟都是在中国科学院的启动的。可见,建国之初仪器研制国家可谓‘一穷二白’。

    1964年,长春光机所的电子显微镜研究室转并到位于北京中关村的中国科学院科学仪器厂,姚骏恩院士开始了他的“第二次创业”。在北京,他们1965年成功研制出点分辨能力为0.5(0.4)纳米的透射式电镜。

    上世纪70年代,他在中科院北京科仪厂负责研制成功了我国第一台扫描电镜。

    1985年他参与了中科院北京电子显微镜(开放)实验室的筹建工作,开始了他的“第三次创业”:率先在国内提出并主持完成扫描隧道显微镜的研制和生产工作。

    1993年我国开展近场光学研究,他主持完


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