展品受青睞自行設(shè)計(jì)研制科學(xué)出奇制勝全國(guó)高

自行設(shè)計(jì)研制 科學(xué)出奇制勝――中科院科學(xué)儀器研制悄然潛行

　　重大突破來(lái)自技術(shù)的創(chuàng)新
　　最近幾年，被譽(yù)為高校教育界的“哈洽會(huì)”?！　?jù)介紹，越來(lái)越多的科學(xué)家應(yīng)邀在國(guó)際會(huì)議上作特邀報(bào)告或?yàn)閷I(yè)核心刊物撰寫(xiě)綜述文章。這樣的“殊遇”與“殊榮”雖然離諾貝爾獎(jiǎng)還有某種程度的距離，近年來(lái)，但對(duì)于科學(xué)家而言，高校不斷加大投入，無(wú)疑已得到國(guó)際同行的高度認(rèn)可和賞識(shí)。這種邀請(qǐng)本質(zhì)上是對(duì)其研究工作的另一種形式的“獎(jiǎng)勵(lì)”。因?yàn)橹挥性诳茖W(xué)研究上取得重大進(jìn)展的科學(xué)家，購(gòu)置大量先進(jìn)的儀器設(shè)備裝備實(shí)驗(yàn)室，才有資格贏得這樣的機(jī)會(huì)。
　　中科院大化所研究員楊學(xué)明便是其中一位。截止目前，用以提高學(xué)校整體辦學(xué)水平。我25所本科院校每年在此方面的投入均超過(guò)6、7億元。而高職院校與普通高校一樣，他2004年、2005年先后2兩次應(yīng)邀為《國(guó)際物理化學(xué)綜述》雜志(Int.Rev. Phys. Chem.)撰寫(xiě)了綜述性文章。2007年，將面臨各類高校教學(xué)水平評(píng)估，他再次應(yīng)邀為《年度物理化學(xué)綜述》(Ann.Rev. Phys.Chem.)撰寫(xiě)了相關(guān)的研究綜述論文。3年來(lái)，其實(shí)驗(yàn)室裝備水平的進(jìn)一步提高和完善，他在重要國(guó)際會(huì)議的邀請(qǐng)報(bào)告達(dá)12次之多，也具有非常重要的意義。此次展會(huì)上，獲得了國(guó)際學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)。由于楊學(xué)明研究員取得的系列性重要研究成果，有關(guān)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備與材料，他獲得了國(guó)際自由基會(huì)議的布洛伊達(dá)獎(jiǎng)(Broida Prize)以及海外華人物理協(xié)會(huì)的亞洲成就獎(jiǎng)(Achievement in Asia Award)，遠(yuǎn)程教育設(shè)備，并于2006年底當(dāng)選為美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士 (APS Fellow)。
　　2006年，信息技術(shù)與設(shè)備，他領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在國(guó)際上第一次成功地在“量子態(tài)水平上觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)的共振態(tài)”，教學(xué)儀器設(shè)備與材料，解決了國(guó)際上30余年懸而未決的一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題。他們的結(jié)果發(fā)表在2006年的《科學(xué)》(Science 311, 1440(2006))上。2005年Wolf化學(xué)獎(jiǎng)獲得者、美國(guó)斯坦福大學(xué)教授R. N.Zare應(yīng)邀對(duì)他們的研究成果在同期刊物上發(fā)表了一篇背景介紹文章，現(xiàn)代教育技術(shù)設(shè)備，對(duì)楊學(xué)明等人的研究成果作了詳細(xì)的介紹。
　　最近他的研究小組又在同一課題上取得了一項(xiàng)重要進(jìn)展，特殊教育設(shè)備儀器，并且發(fā)表在美國(guó)的《化學(xué)物理雜志》的通訊欄目?jī)?nèi)，教育圖書(shū)、軟件等新技術(shù)新產(chǎn)品引來(lái)國(guó)內(nèi)近千所高校參觀、交流?！　∥夜灿?家參展單位，論文的審稿人認(rèn)為，其中由哈工大博實(shí)企業(yè)帶來(lái)的展品――世界領(lǐng)先的六自由度串聯(lián)機(jī)器人和六自由度并聯(lián)機(jī)器人尤其受到青睞。據(jù)悉，楊學(xué)明小組這項(xiàng)進(jìn)一步的研究成果“是在《科學(xué)》雜志發(fā)表的杰出研究工作的基礎(chǔ)上獲得的又進(jìn)展，該企業(yè)展覽的六自由度串聯(lián)及并聯(lián)機(jī)器人，并給出了一個(gè)經(jīng)典的反應(yīng)共振教科書(shū)例子?！边@一成果在2007年初，在航天對(duì)接、實(shí)際加工以及大學(xué)生計(jì)算機(jī)軟件編程、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模擬噴繪、實(shí)際搬運(yùn)裝配等方面成就突出，被兩院院士評(píng)為“2006年科技進(jìn)展新聞”之一。
　　據(jù)介紹，在高校機(jī)械、機(jī)電和自動(dòng)化等專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐中也將得到廣泛應(yīng)用?！　〈舜握箷?huì)由高等教育學(xué)會(huì)主辦，在量子態(tài)水平上觀測(cè)化學(xué)反應(yīng)共振態(tài)是化學(xué)研究的一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。其中，高等教育學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)室工作研究分會(huì)協(xié)辦，氟加氫（F+H2）反應(yīng)是迄今為止最為重要的兩個(gè)化學(xué)激光體系之一，也是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要的經(jīng)典體系。
　　20世紀(jì)80代中，李遠(yuǎn)哲等人對(duì)F+H2反應(yīng)有關(guān)于反應(yīng)共振的實(shí)驗(yàn)研究，曾引起科學(xué)家們極大的興趣。但是，隨后的量子散射理論研究并沒(méi)有證實(shí)他們實(shí)驗(yàn)中對(duì)反應(yīng)共振現(xiàn)象的推論。新世紀(jì)到來(lái)，楊學(xué)明領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)小組對(duì)其進(jìn)行了全量子態(tài)的高精度實(shí)驗(yàn)研究，觀測(cè)到了反應(yīng)共振現(xiàn)象。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，楊學(xué)明研究小組又通過(guò)與理論化學(xué)家張東輝等人合作，利用對(duì)反應(yīng)體系的精確勢(shì)能面的計(jì)算和量子散射理論的計(jì)算，證明了F+H2反應(yīng)共振現(xiàn)象是由兩個(gè)反應(yīng)的共振態(tài)所引起的。由此他們解決了F+H2反應(yīng)的共振態(tài)這一重要科學(xué)問(wèn)題。
　　楊學(xué)明的研究小組何以能做出其他人不能或很難做出的研究成果？為什么他的研究小組能幸運(yùn)地在量子態(tài)水平上觀測(cè)到物質(zhì)反應(yīng)的這種共振態(tài)呢？
　　走進(jìn)中科院大連化物所，或許內(nèi)行人會(huì)發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)只有楊學(xué)明的實(shí)驗(yàn)室放置著唯一一臺(tái)氫原子里德伯態(tài)飛渡時(shí)間譜-交叉分子束裝置。這一儀器的研制在科學(xué)院儀器研制項(xiàng)目的支持下得以完成。

據(jù)悉，這樣的科學(xué)儀器在國(guó)際上只有在發(fā)達(dá)的少數(shù)幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室擁有，但與其他實(shí)驗(yàn)室的同類儀器相比，楊學(xué)明研究小組的儀器更勝一籌。而整個(gè)儀器的關(guān)鍵分――真空腔體和分子束反應(yīng)器是由楊學(xué)明研究員親自完成設(shè)計(jì)的。他在設(shè)計(jì)過(guò)程中，解決多項(xiàng)技術(shù)難題，如兩個(gè)同時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的、又需要真空密封的件設(shè)計(jì)，多個(gè)可同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的探測(cè)器設(shè)計(jì)，以及具有大角度探測(cè)范圍探測(cè)器設(shè)計(jì)等等。他還在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了需要解決的科學(xué)問(wèn)題的特殊需求，并對(duì)這一裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。精密而又有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)使得這臺(tái)儀器在可靠性方面達(dá)到了很高的水平。除了主要件的研制以外，楊學(xué)明還為這一儀器配置了尖端的真空設(shè)備，使得這臺(tái)儀器的碳?xì)浠衔镎婵毡尘昂砍蔀橥悆x器中最低的，大大降低了探測(cè)背景；同時(shí)，他們還為這一裝置配置了先進(jìn)的激光設(shè)備，并且充分利用了先進(jìn)的非線性光學(xué)方法用于氫原子的探測(cè)。
　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，楊學(xué)明小組的研究成員還積極對(duì)各個(gè)關(guān)鍵配件的研制進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，如實(shí)驗(yàn)室博士生任澤峰同學(xué)，為這臺(tái)儀器研發(fā)了雙級(jí)脈沖放電技術(shù)，大大地提高了氟原子束的密度、速度比和放電的穩(wěn)定性，并使得關(guān)鍵的極低碰撞能下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究成為可能。
　　新的設(shè)計(jì)思路和精益求精的研制理念，使楊學(xué)明實(shí)驗(yàn)室的這一儀器裝置不僅大大地提高了探測(cè)效率和分辨率，而且在其他許多方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)和獨(dú)到之處，使其各項(xiàng)指標(biāo)均處于世界領(lǐng)先地位。這一儀器的研制成功以及所取得的成果代表著我國(guó)分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究在交叉分子束反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究方向走到了國(guó)際先進(jìn)行列。正是利用這臺(tái)他們親手設(shè)計(jì)研制的儀器裝置，楊學(xué)明領(lǐng)導(dǎo)的研究小組成功地觀測(cè)到了F+H2反應(yīng)的共振現(xiàn)象，使他們的研究走在了國(guó)際同行的前列。
　　儀器研制悄然無(wú)聲 成果發(fā)布同行覺(jué)悟
　　在中科院像楊學(xué)明這樣自己設(shè)計(jì)科學(xué)儀器并做出世界一流研究成果的人，可謂大有人在，近乎形成了一種新風(fēng)尚。
　　楊學(xué)明所在的研究所――中科院大連化物所獲得“國(guó)際催化獎(jiǎng)”的李燦院士，成功地研制了我國(guó)第一臺(tái)紫外激光拉曼光譜儀，且利用自己研制的先進(jìn)儀器在國(guó)際上首次應(yīng)用紫外激光拉曼光譜的方法從微觀結(jié)構(gòu)層次上研究了催化劑的行為，并揭示了催化反應(yīng)的機(jī)理，取得了國(guó)際矚目的科研成果。他本人也多次應(yīng)邀為其專業(yè)刊物寫(xiě)述評(píng)文章以及作重要國(guó)際會(huì)議的特邀報(bào)告。
　　如今，在中科院隨意進(jìn)入一個(gè)研究機(jī)構(gòu)，也許都能發(fā)現(xiàn)根據(jù)研究需要自己動(dòng)手研制科學(xué)儀器的科學(xué)家。
　　如，中科院物理所，最近5年中就推出了4臺(tái)在國(guó)際上產(chǎn)生影響力的科學(xué)儀器。其中，“原位微區(qū)結(jié)構(gòu)分析與性質(zhì)測(cè)試聯(lián)合系統(tǒng)”，研究人員在高分辨透射電子顯微鏡中設(shè)計(jì)制造掃描隧道顯微鏡。透射電鏡為掃描探針導(dǎo)航，使兩者強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)表征功能和納米操縱功能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)納米結(jié)構(gòu)的物性測(cè)量并原位表征材料的微觀結(jié)構(gòu)。據(jù)介紹，此設(shè)備的探針調(diào)節(jié)范圍在毫米量級(jí)，調(diào)節(jié)精度達(dá)到0.1納米，除了用來(lái)測(cè)量單個(gè)納米材料場(chǎng)發(fā)射性質(zhì)和輸運(yùn)性質(zhì)外，還可測(cè)量其力學(xué)、機(jī)電性質(zhì)，可開(kāi)展多種納米材料物理/化學(xué)問(wèn)題的研究。另外，該裝置還可根據(jù)科研發(fā)展的需要，隨時(shí)自行對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造，可滿足新的測(cè)量需求。這樣結(jié)構(gòu)和功能，對(duì)于商業(yè)化設(shè)備來(lái)說(shuō)很難實(shí)現(xiàn)。
　　物理所研制的超高真空低溫強(qiáng)磁場(chǎng)雙探針掃描隧道顯微鏡/譜系統(tǒng)，不僅能夠有控制地制備和生長(zhǎng)納米尺度上的結(jié)構(gòu)，而且還可以原位地表征納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，為開(kāi)展自旋電子學(xué)和固態(tài)量子信息與量子計(jì)算等全新領(lǐng)域的研究，提供了強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)手段，成為我國(guó)自主研發(fā)高精尖科學(xué)儀器的一個(gè)成功范。據(jù)悉，該裝置可將探頭和樣品座安裝在一個(gè)可方便拆卸的結(jié)構(gòu)上，硬件上保證了可隨時(shí)換上其它種類的測(cè)量裝置進(jìn)行特定性能的測(cè)試；另一方面，整個(gè)控制系統(tǒng)的軟硬件全自己，為系統(tǒng)進(jìn)一步改造和升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。

不久前，在成功放電的中科院合肥的托卡馬克裝置上，等離子體所先后自主研制了HT-7的總堆系統(tǒng)、二維X射線陣列測(cè)量和遠(yuǎn)紅外激光診斷系統(tǒng)等。
　　同樣，中科院力學(xué)所俞鴻儒院士主持的“爆轟驅(qū)動(dòng)激波風(fēng)洞”研制項(xiàng)目，應(yīng)用自己提出的新的爆轟驅(qū)動(dòng)原理，研制成功國(guó)際領(lǐng)先的風(fēng)洞，在國(guó)際上引起重大的反響。
　　......
　　中科院類似的事例舉不勝舉，但這些科學(xué)儀器往往是在研究人員取得了重要科學(xué)成果之后，國(guó)際同行才發(fā)現(xiàn)其存在。
　　署更超前
　　全國(guó)會(huì)副長(zhǎng)、中科院院長(zhǎng)指出：“如果沒(méi)有儀器設(shè)備的自主創(chuàng)新，也很難有新的理論上的突破。一種新儀器新裝備的誕生，往往是打開(kāi)一個(gè)新方向新領(lǐng)域的關(guān)鍵橋梁。”
　　中科院在創(chuàng)新的過(guò)程中很早就認(rèn)識(shí)到：科學(xué)儀器自主研制與創(chuàng)新是科技創(chuàng)新的基礎(chǔ)和重要組成分，科學(xué)儀器僅僅靠購(gòu)買(mǎi)、靠仿制將影響我國(guó)科學(xué)和技術(shù)的自主發(fā)展，將限制我國(guó)在科技領(lǐng)域和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域綜合競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。中科院知識(shí)創(chuàng)新工程起步不久，就對(duì)科學(xué)儀器的研制進(jìn)行了署。
　　據(jù)中科院計(jì)劃介紹，2000年以來(lái)，中科院不斷加大科學(xué)儀器研制項(xiàng)目的投資力度，將原有的科學(xué)儀器研制改造項(xiàng)目進(jìn)一步提升為科學(xué)儀器自主研制項(xiàng)目，使科學(xué)儀器從“被動(dòng)研制”向以創(chuàng)新為目的的“主動(dòng)研制”轉(zhuǎn)變。截止到2006年底，中科院科學(xué)儀器自主研制項(xiàng)目從最初的每年8項(xiàng)增長(zhǎng)到每年40多項(xiàng)，累計(jì)總投入約3.7億元，平均項(xiàng)目支持強(qiáng)度超過(guò)200萬(wàn)元，使中科院科研裝備進(jìn)入了快速穩(wěn)定的發(fā)展時(shí)期，基改變了知識(shí)創(chuàng)新工程實(shí)施前科研裝備陳舊落后的面，一批重點(diǎn)的研究所縮小了與國(guó)際同類研究機(jī)構(gòu)的裝備水平的差距。
　　如果追溯科學(xué)儀器發(fā)展的歷史，中科院研制儀器的工作起步很早。在“九五”和“十五”期間，支持的科學(xué)儀器攻關(guān)計(jì)劃中，中科院作為牽頭單位承擔(dān)的項(xiàng)目約占項(xiàng)目總數(shù)的1/3；自然科學(xué)基金委的科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究專項(xiàng)支持的項(xiàng)目中，中科院承擔(dān)的項(xiàng)目約占30%左右。1993年，財(cái)政在財(cái)政依然十分緊張的情況下，中科院就設(shè)立了儀器設(shè)備的專項(xiàng)資金，5年內(nèi)支持中科院7億元的科學(xué)儀器更新經(jīng)費(fèi)。至2000年中科院設(shè)立的科學(xué)儀器專項(xiàng)資金，共支持研制和改造科研項(xiàng)目總數(shù)達(dá)400余項(xiàng)，支持經(jīng)費(fèi)總額約為1.5億元。
　　然而，“如果與發(fā)達(dá)同類研究相比，中科院科研裝備無(wú)論在投入規(guī)模上還是技術(shù)水平上都存在較大差距。全中科院研究機(jī)構(gòu)包含大科學(xué)裝置在內(nèi)，科研裝備總資產(chǎn)不及美國(guó)實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)大科學(xué)工程裝置的投入。美國(guó)橡樹(shù)嶺實(shí)驗(yàn)室正在的散裂中子源，投資達(dá)14億美元，利佛莫爾實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的強(qiáng)激光裝置，耗資高達(dá)34.48億美元”。中科院計(jì)劃一位負(fù)責(zé)人介紹。
　　“發(fā)達(dá)國(guó)立研究機(jī)構(gòu)不僅僅在在單個(gè)技術(shù)手段上保持領(lǐng)先地位，依靠資金的強(qiáng)立支持，形成了能夠支撐學(xué)科綜合研究的大型儀器設(shè)備集群，且不斷更新發(fā)展，以確保其一直處于領(lǐng)先水平”。他補(bǔ)充說(shuō)。
　　他介紹，為了更上一層樓，中科院在完成一、二期創(chuàng)新目標(biāo)之后，在第三期創(chuàng)新目標(biāo)中，將實(shí)現(xiàn)科研裝備“從一般改善轉(zhuǎn)向重點(diǎn)加強(qiáng)，從自身完善轉(zhuǎn)向共建共享，從單純購(gòu)置為主轉(zhuǎn)向自主研發(fā)與購(gòu)置集成并舉”的轉(zhuǎn)變，全面提高科研裝備的使用效率。在“十一五”期間，中科院繼續(xù)鼓勵(lì)并支持科研人員根據(jù)科技創(chuàng)新活動(dòng)需求設(shè)計(jì)和制造專用實(shí)驗(yàn)設(shè)備或裝置，解決原始性創(chuàng)新活動(dòng)中的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸問(wèn)題。

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