美博士评点中国造扫描电声显微镜领域全球唯一成熟的商品 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/04 08:08:05
美博士评点中国造扫描电声显微镜领域全球唯一成熟的商品!
“科学之眼”中国造

  编者按:当今时代,科技竞争是综合国力竞争的焦点,谁在知识和科技创新方面占据优势,谁就能够在发展上掌握主动。本报今起推出“自主创新先锋榜”栏目,聚焦本市在全国科技大会上的获奖项目,反映上海实施科教兴市主战略,着力提升自主创新能力的新成就。   
    “依靠你们的扫描电声显微镜,我们又观察到一种全新的材料结构……”近日,中科院上海硅酸盐所研究员殷庆瑞的邮箱里又多了一封“报喜”信。多年来,类似好消息频频传回———德国科学家发现磁性材料中的全新结构、美国大学教授探索到机电器件设计新途径……    帮助他们“看”清微观世界的,正是中国创造的“科学之眼”———可同时观察材料表面、内部的扫描电声显微镜。该技术日前刚刚获得国家技术发明奖二等奖。  
  项目负责人殷庆瑞用“加法”来介绍扫描电声显微镜:能观察物体表面形貌的电子显微技术,“加上”可分辨材料内部信息的声学技术,就可以里里外外来个“大检查”。操作时,只需用鼠标操控电子束在材料上缓缓移动,表面的细微裂纹、内部的复杂结构就纤毫毕现,材料研究就此获得全新视野。  
  此前用电声来观察内部结构,就好比我们常见的普通超声波检查,模模糊糊,分辨率较低。要使它拥有适合材料研究的好“视力”,必须在信号强度、扫描方式、成像时间等多个领域全面创新。整个团队20余人坚持数年“没有上下班时间,没有休息日”,难关一一攻克。历经三代改进,如今这只拥有5项自主知识产权的“科学之眼”,分辨率等指标已领先世界:观察表面可达180纳米,透视内部可达90纳米,比人眼可分辨的1/250还小。目前,已有多台售价高达数十万美元的显微镜相继落户德国无损检测研究所、美国宾州大学等发达国家研究机构,日本、法国的购买协议也在洽谈中。
  据了解,“中国创造”的扫描电声显微镜,是目前该领域在全球唯一成熟商品。当年显微镜初具雏形时,前来访问的德国乌帕塔大学电子光学系主任巴克看着相当清晰的成像资料直摇头,不相信能达到这么高的水平。研究人员立刻请他上机亲自操作、观察,整整一天下来,巴克教授的第一句话是:“ Veryg ood!(非常好)” 5年前,新加坡国立大学副校长、电子光学专家彭教授要为学校购置扫描电声显微镜,对比美、德、中的产品后,准备选择“中国牌”,却在朋友劝说下动摇了决心。带着重重疑虑,他亲自来上海上机操作,最后留下一句话:“我用你们的技术。”
  殷庆瑞表示,团队正将已经成熟的电声成像技术融合于原子力显微镜,让“科学之眼”看得更细、更清,目前达到的内部分辨率已接近人眼可辨的 1/10000。 
  
  专家评点  
  美国NASA高级材料物理学家John博士:中国科学院上海硅酸盐所这个团队在电声成像的研究和应用方面已经成为世界的领导者。他们已经把电声成像的研究扩展至实用阶段——对图像和数据的解释已经提升到一个更新更高的水平。这项工作在电声成像研究领域的影响是深远的。
[此贴子已经被作者于2006-1-19 22:19:54编辑过]
美博士评点中国造扫描电声显微镜领域全球唯一成熟的商品!
“科学之眼”中国造

  编者按:当今时代,科技竞争是综合国力竞争的焦点,谁在知识和科技创新方面占据优势,谁就能够在发展上掌握主动。本报今起推出“自主创新先锋榜”栏目,聚焦本市在全国科技大会上的获奖项目,反映上海实施科教兴市主战略,着力提升自主创新能力的新成就。   
    “依靠你们的扫描电声显微镜,我们又观察到一种全新的材料结构……”近日,中科院上海硅酸盐所研究员殷庆瑞的邮箱里又多了一封“报喜”信。多年来,类似好消息频频传回———德国科学家发现磁性材料中的全新结构、美国大学教授探索到机电器件设计新途径……    帮助他们“看”清微观世界的,正是中国创造的“科学之眼”———可同时观察材料表面、内部的扫描电声显微镜。该技术日前刚刚获得国家技术发明奖二等奖。  
  项目负责人殷庆瑞用“加法”来介绍扫描电声显微镜:能观察物体表面形貌的电子显微技术,“加上”可分辨材料内部信息的声学技术,就可以里里外外来个“大检查”。操作时,只需用鼠标操控电子束在材料上缓缓移动,表面的细微裂纹、内部的复杂结构就纤毫毕现,材料研究就此获得全新视野。  
  此前用电声来观察内部结构,就好比我们常见的普通超声波检查,模模糊糊,分辨率较低。要使它拥有适合材料研究的好“视力”,必须在信号强度、扫描方式、成像时间等多个领域全面创新。整个团队20余人坚持数年“没有上下班时间,没有休息日”,难关一一攻克。历经三代改进,如今这只拥有5项自主知识产权的“科学之眼”,分辨率等指标已领先世界:观察表面可达180纳米,透视内部可达90纳米,比人眼可分辨的1/250还小。目前,已有多台售价高达数十万美元的显微镜相继落户德国无损检测研究所、美国宾州大学等发达国家研究机构,日本、法国的购买协议也在洽谈中。
  据了解,“中国创造”的扫描电声显微镜,是目前该领域在全球唯一成熟商品。当年显微镜初具雏形时,前来访问的德国乌帕塔大学电子光学系主任巴克看着相当清晰的成像资料直摇头,不相信能达到这么高的水平。研究人员立刻请他上机亲自操作、观察,整整一天下来,巴克教授的第一句话是:“ Veryg ood!(非常好)” 5年前,新加坡国立大学副校长、电子光学专家彭教授要为学校购置扫描电声显微镜,对比美、德、中的产品后,准备选择“中国牌”,却在朋友劝说下动摇了决心。带着重重疑虑,他亲自来上海上机操作,最后留下一句话:“我用你们的技术。”
  殷庆瑞表示,团队正将已经成熟的电声成像技术融合于原子力显微镜,让“科学之眼”看得更细、更清,目前达到的内部分辨率已接近人眼可辨的 1/10000。 
  
  专家评点  
  美国NASA高级材料物理学家John博士:中国科学院上海硅酸盐所这个团队在电声成像的研究和应用方面已经成为世界的领导者。他们已经把电声成像的研究扩展至实用阶段——对图像和数据的解释已经提升到一个更新更高的水平。这项工作在电声成像研究领域的影响是深远的。
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我国扫描电声显微镜出口的成功范例




材料和器件是现代高新技术的基础和先导,材料的纳米化和器件的小型化对各种新材料和器件的评价方法提出了新的要求——微区物理性能和不均匀性检测,以及内部结构和缺陷的非破坏性观察。但现有的扫描电镜(SEM)和扫描声学显微镜(SAM)都不能满足这些需求。扫描电声显微镜(SEAM)正是在这种需求下,将SEM技术和SAM特点融为一体,同时兼有电子显微术高分辨率快速成像的特点和声学显微术非破坏性获取物质内部信息的本领,并可以在原位同时观察基于不同成像机理的二次电子像和电声像。

中国科学院上海硅酸盐所在国家基金委和国家“863”计划的支持下,在国内率先并几乎和国际上同步开展了扫描电声显微镜及其相关器件、材料、成像理论和应用研究,先后完成了SEAM-I型、II型、III型电声成像系统的研制,使性能指标不断地完善和提高,达到了实用化的水平。

通常的扫描电镜是以恒定能量的电子束始终照射在样品上进行X-Y扫描,而电声成像则是以强度受调制的且经过聚集的电子束在样品表面进行X-Y扫描,这是电声成像的特殊工作方式,也是进行电声成像的基本条件。

在扫描电声成像系统中,我们采用了如下创新技术:发明了变速率扫描和自适应处理器,成功将电子显微术和声学显微术以及数字信号处理和高灵敏度传感技术相结合,建立了具有系列自主知识产权的高分辨率实用化扫描电声显微镜;发明了多参量(电场、温场、力场和频率)可控的多功能复合结构电声信号传感器及其控制装置,建立了综合观察电声像动态行为的新方法;发明了横向模式多层电声信号敏感元件,并首次用于电声成像系统;在国际上率先制备出高性能、大尺寸铌镁酸铅(0.67PMN-0.33PT)晶体材料,并作为电声信号敏感元件首次应用于电声信号传感器;建立了第一个完整的三维电声成像理论,阐述了电声信号的激发机制,电声像衬度产生的机理和显示空间高分辨率的理论依据,以及电声成像属近场成像的物理本质。

扫描电声成像技术受到国内外好评。本项目在电声成像系统研制、电声信号传感器设计制造、高性能、大尺寸传感器用敏感材料制备、电声成像理论的建立以及电声显微成像技术的应用等方面自成体系,取得了全面、系统、完整的有关电声成像技术的自主知识产权。

扫描电声成像技术的实施促进了国家任务的圆满完成。申请者在自行建立的电声显微镜上开展了重大基金项目、“973”项目等有关的多种材料和器件的表面和内部的电声成像研究,取得了多项创新的结果。

使用电声显微镜在科学研究中有了新发现。国内外科学家用我们研制的电声显微镜在各自的研究领域内获得了新的发现,德国科学家Kohler博士首次在马氏体材料上发现了铁磁畴结构及其相应的机理解释。美国宾州大学Hang He 博士和Ruyan Guo 教授在不同材料上获得了铁弹畴、180°反平行周期结构畴的复合畴形态的电声像,并认为电声成像技术是研究功能材料机电耦合效应的一种独特方法。中山大学李树玮教授用电声成像技术在研究半导体材料异质结失配及失配应力释放过程、孪晶在外延片中的各向异性和各向同性生长及外延片内在缺陷对材料表面形貌影响等方面获得成功。日本筑波大学Kojima教授首次获得了蝶形BaTiO3晶体电畴结构电声像。清华大学彭海东博士观察了金属-陶瓷复合涂层表面和亚表面显微结构的电声像。

目前,电声显微镜和技术及其相关器件和材料已出口到美国、德国、日本、荷兰、新加坡及中国台湾等国家和地区,被誉为“我国大型仪器出口到发达国家和地区的成功范例”。也为国内有关高等院校、科研单位和世界500强企业之一的宝钢装备了扫描电声显微镜。

扫描电声成像技术推动了我国相关显微成像技术的发展。在电声成像技术的基础上,又将其与当前普遍使用的原子力显微镜相结合,建立了低频(<30kHz)高分辨率(~10nm)扫描探针声学显微成像技术,这是与目前所有以隧道显微镜(STM)和原子力显微镜(AFM)为基础建立的探针显微镜不同的技术特点、功能和成像机理,是扫描电声显微术的新发展,其应用前景十分广阔。

我国大型科学仪器历来依靠进口,我国自主研制的电声显微镜出口到国外,为国家赢得了荣誉。我国独立自主地研制的扫描电声显微术及其在此基础上发展起来的扫描探针声学显微术丰富和发展了显微成像科学和技术,为研究物质介观和微观层次上的特性提供了一种新的手段并促进了相关科学技术领域的发展。
了不起的“二合一”
——自主创新扫描电声显微镜折服挑剔的德国专家


■文/本报记者任荃

周三中午的北京机场。临上飞机,中科院上海硅酸盐研究所研究员殷庆瑞掏出了电话。两天前,他刚刚走进庄严的人民大会堂,登上主席台,从党和国家领导人手中接过2005年度国家技术发明奖的获奖证书。

此刻,电话那头是殷庆瑞多年来想要感谢的一个人。八年前,若不是这位“老朋友”手下留情,如此沉甸甸的荣誉对于殷庆瑞,也许终将此生无缘。

并非简单的“1+1”

殷庆瑞的发明可以归纳成一个等式:扫描电镜+扫描声学显微镜=扫描电声显微镜。从字面上看,这项发明是在已有显微镜的基础上来了次“二合一”,但殷庆瑞手边那本鲜红的国家技术发明二等奖证书提醒我们,这个“合并”的过程绝非“香波+护发素=二合一洗发水”那么简单。

打开电脑中的PPT文档,殷庆瑞向记者娓娓道来。在科学研究中,显微镜好比照相机。其中,扫描电镜是利用电子束探测物质的表面信息,而声学显微镜则是借用声波记录下物质的内部模样;前者的分辨率可达6-8纳米,后者的“视力”范围只有几个微米。若能实现“二合一”,科学家给某种物质“拍”一次“照”,就能同时获得两张高分辨率的照片,一张表面的,一张内部的,一举两得。

沿着这个思路酝酿了七八年,殷庆瑞觉得是时候了。1988年,他的课题获得国家863计划的资助。尽管如此,殷庆瑞清楚前路的困难,毕竟他所想的目标处在当时的国际前沿。

条分缕析,殷庆瑞把问题的关键一一列在纸上。按照他的设计,新的电声显微镜将舍弃传统声学显微镜上的声波发生器,改用电子束直接“制造”声波。这个近乎“科幻”的想法,殷庆瑞实现了。他和同事想方设法地让原本连续不断的电子束间歇式地敲打被观测物体,靠振动发声。

就这样一点点,一步步,殷庆瑞离成功越来越近。不曾预料的是,10多年后,世界上第一台商品化的扫描电声显微镜就诞生在这里,其“视力”所及是人眼可观察的1/500。

难忘第一张订单

在中科院上海硅酸盐研究所,大家都忙于研究材料。做仪器不是殷庆瑞的本行,卖仪器更不是他的本意。

1979年,殷庆瑞去英国牛津大学做访问学者,发现那里的同行常常自己动手做仪器。后来,他逐渐明白,仅靠人人都买得到的商用仪器搞研究,很难有创新。于是,就有了回国后的扫描电声显微镜。

只用了一两年,殷庆瑞就和同事搞出了第Ⅰ代。虽说还只是原理型,但屏幕上出现的电声图像就足以让课题组兴奋好几夜:“方向对了!”

那年,德国乌帕塔尔综合大学电子光学系主任巴克教授来华访问,特地到殷庆瑞的实验室一探究竟。在那台粗糙、简陋的样机面前,将信将疑的德国专家皱起了眉。仔细端详,巴克仍旧一脸不屑,耸耸肩膀,用手搓着小胡子。终于他要求亲自试试,屏幕上的图像令他惊奇:“噢,这不是假象,是真的电声像!”随即,巴克的脸上显露出敬佩的目光。

殷庆瑞坚持走了下去。待第Ⅱ代扫描电声显微镜诞生时,其分辨率被提高到了3-5微米。透过镜头,科学家看到了电子陶瓷、金属材料内部从未有过的美丽图景。

通过各类国际学术会议,殷庆瑞和同事的发明已经小有名气。1998年的一天,德国费朗和夫学会旗下的无损检测研究所突然提出想买一台回去,并专程派其副所长到实验室考察。没过多久,该所所长利用来华交流的机会,再次来到硅所,为的还是亲眼看看那台中国人研制的电声显微镜。

很快,殷庆瑞收到了一份从德国寄来的合同文本。他做梦都没想到,自己的研究成果最后竟能以13.5万美元成交,对方居然还是电子显微镜的诞生地和主要生产国。后来,中科院《科技经济参考》如此评价:“扫描电声显微镜开创了我国大型科学仪器出口到发达国家和地区的成功范例”。

四寻专家到北京

第一张订单不仅给了殷庆瑞十足的信心,更坚定了他把样机商品化的决心。

“只要到科研单位走一圈就知道,我国科学仪器99%都是进口,要让老外花钱买咱们的,那可是想都别想。”殷庆瑞说,是第一张订单改变了他“自给自足”的想法,“现在,我们的东西既然卖给了刻板严谨的德国人,就能卖到更多国家。”

怀揣着这股信念,殷庆瑞横下心来要做第Ⅲ代,把电声显微镜的分辨率和灵敏度提高再提高,改手动为计算机操控。

为了筹措开发第Ⅲ代样机的科研经费,殷庆瑞想再次申请863计划。由于该项目已连续两次得到863资助,这一次殷庆瑞连答辩的资格都没了。

眼看项目就要搁浅,殷庆瑞急了。他拎起背包,带上同行用电声显微镜获得的新发现登上了去武汉的飞机,去那儿说服专家。谁知,飞机到了武汉上空,却因机械故障不能降落,转而又返回了虹桥机场。

徘徊在退票窗口,殷庆瑞拿不定主意:不去,搞第Ⅲ代样机没有钱,整个项目也许就此打住;去吧,刚修好的飞机谁能保证它的安全?最后一刻,科研的欲望让他忘却了个人安危,第二次登上去武汉的飞机。可这一次,殷庆瑞却扑了个空,专家因急事提前回家了。

无奈,殷庆瑞悻悻回到上海,心里想的全是电声显微镜的将来。没过多久,他又听说那位专家要去济南开会,于是兴冲冲地赶去。不巧情报有误,专家去了北京,铁了心的殷庆瑞便马不停蹄地追到北京。

功夫不负有心人。专家被殷庆瑞的技术和诚意打动了,同意他参加评审答辩。按照正常程序,第Ⅲ代电声显微镜终于顺利入选。

此后,国内外订单接踵而来,美国、德国、日本、荷兰、新加坡、台湾等发达国家和地区的实验室里都能找到“上海制造”的扫描电声显微镜。借助这双“慧眼”,全球科学家几乎每年都有新发现!

记者手记:

殷庆瑞的“二合一”没有就此停止。在他的实验室里,另一种“二合一”发明已初现雏形。这次,他和同事把声学成像技术与原子力显微镜“合二为一”,由此研制出世界上首台扫描探针声学显微镜,其分辨率达到人眼的万分之一。

想知道这项最新发明与普通的原子力显微镜有何不同?看看这两张电子陶瓷的照片吧。上图是普通原子力显微镜的作品,它只能看到陶瓷的外表,而且视力相对“模糊”;下图则是扫描探针声学显微镜的杰作,它不仅将陶瓷的内部一览无余,而且线条如此清晰,让人惊叹物质世界的神奇和美丽。

殷庆瑞,教授,博士生导师,上海市劳动模范,国际陶瓷科学院院士,1941年生。1965年到中科院上海硅酸盐研究所工作至今。1985-1995年,他先后担任该所科技处处长、所长助理、副所长,以及中科院无机功能材料开放实验室主任。

主要从事电子陶瓷材料物理、性能、器件设计以及光声学、电声成像和扫描探针显微术等方面的研究。先后承担过国家高技术项目、基础研究课题以及国际合作项目30余项。在国内外重要刊物上已发表论文250余篇,专著两本(80余万字),译著两本,获得国家科技发明二等奖、三等奖,中科院自然科学一等奖,科技进步一等奖共7项,国内外专利20余项。

这个好东东啊,不知道现在中国的照相机厂“海鸥”和“凤凰”怎么样了,估计都歇菜了吧.
建议立刻在全球主要国家申请专利,以免日本这样的无耻国家进行恶意抢注
<P>建议立刻在全球主要国家申请专利,以免日本这样的无耻国家进行恶意抢注</P>
<P>==================================================================</P>
<P>专利是见光死, 已公开作商品的技术不能申请专利, 除非在公开前已申请. 如果这个技术在公开前无申请专利, 负责的领导要自尽以谢国人.</P>[em01]
<P>江老最新指示:</P>
<P>针对该技术,应尽快研究有无合资的可能性.</P>
保护好!就怕又被偷去或贱卖!
如果是真的 !!我很高兴!!毕竟100多年后我们又快回到原来的辉煌[em07]