我国突破阿伏加德罗常数测量关键技术

2011-6-13 09:34 来源: 中国科学院
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  近日,由中国计量科学研究院联合清华大学等机构开展的“十一五”科技支撑计划重点项目“阿伏加德罗常数测量关键技术研究”课题通过验收。

  该课题组建立了一套固体密度基准装置,该装置测量硅球直径的准确度(优于0.9nm)达到国际先进水平;通过构建新的装置和优化工艺流程,使得自然丰度单晶硅摩尔质量测量不确定度达到了 8×10-8,是目前国际上最高测量水平。该项目研究成果为我国建立摩尔计量基准奠定了重要基础,为我国在基本物理常数研究方面争得了国际话语权。

  阿伏加德罗常数是一个将微观世界与宏观世界关联起来的基本物理常数。准确测量阿伏加德罗常数对国际基本单位——千克和摩尔的重新定义起着举足轻重的作用,同时对于在原子、分子和量子水平上研究和解决计量基标准问题十分关键。

  目前,国际上阿伏加德罗常数的测定主要是根据完整晶格单晶硅的摩尔体积和单个硅原子的体积之比,通过准确测量单晶硅球的密度,单晶硅摩尔质量和晶格常数来实现。

  据课题负责人、中国计量科学研究院研究员罗志勇和副研究员易洪介绍,该项目在国际上首次实现基于“机械扫描精密相移”原理和“新五幅算法”硅球直径精密测量,整套系统的测量重复性优于0.5nm,直径测量准确度优于0.9nm。设计的多层特殊管道布局真空系统,实现相位叠加效应和温度梯度补偿效应的精密控温,真空腔内温度长期稳定性优于1mK。

  在单晶硅摩尔质量精密测量研究方面,课题组构建了一套新的五氟化溴法制备四氟化硅样品的实验装置,优化了五氟化溴法制备四氟化硅的工艺流程,化学制备完全转化,无分馏,在分子水平上混合均匀,污染更少;并提出了准确测量硅摩尔质量的新判据。

  课题组发现国际阿伏加德罗常数工作组所采用的碱溶法制样过程中存在分馏效应,准确测量了该分馏效应的量值,揭示了X射线晶体密度法和功率天平法测量阿伏加德罗常数存在不一致的原因,实现了重要突破。

  目前,中国计量科学研究院开展的阿伏加德罗常数测量关键技术研究内容已成为国际阿伏加德罗常数合作项目的重要部分。