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新思路催生新仪器设备

2007.7.24

“在纳米尺度上研制出一大块金属非常困难，实际应用中并没有必要，所以只要做金属的表面纳米化处理，便可以利用表面纳米化层的功能使块体材料具有很好的性能。金属做成纳米粉后，表面活性很大，会有表面吸附气体、污染物，再压成纳米块的时候会有晶界缺陷、孔洞等，并不是一块非常纯洁的材料。”

中国科学院沈阳金属研究所研究员成会明说：“卢柯院士想了一个简单的方法：表面纳米化处理，即对金属表面进行反复冲击、打击，让表面材料屈服、变形，形成纳米晶。这当然需要相关设备。他因此提出仪器的设计思路，把零部件加工交给工厂。之后，我们安装调试并不断完善，进而得到新的设备，并拥有了新的研究成果，或是产品，或是论文。”

成会明高兴地说：“受卢柯院士的启发，我也研制了一台仪器。国际上做碳纳米管的一个主要方法是‘电弧放电法’，两个电极垂直相对，使电极产生电弧，从而产生碳纳米管，但产量一直不大。我们与卢柯院士合作，改进了设备，用于制备碳纳米管，结果产量比国际上高出数十倍。得到了中科院科研装备研制项目的支持后，我们又研制出了一台更完善的设备。”

成功研制出微型气相色谱仪的中国科学院大连化学物理研究所研究员关亚风，讲述了自己这些年研制仪器的坎坷：1992年～1994年刚起步时，他按照美国人的思路，想在单晶硅上进行三维微加工，结合薄膜工艺制作微型气相色谱仪的检测器。但加工单位3年都没能做出1个样件，使他的研制工作陷入绝境，甚至有同行对他的精神是否正常提出质疑。他没有泄气，重新梳理了研究思路，决定用国内现有工艺和材料，通过采用不同的设计思想和加工技术来做成具有相同或相近功能的器件。

他找到加工厚膜热敏电阻的厂家，从它们的半成品中选择了一种将镍膜沉积到微晶陶瓷片上的热敏电阻，买回后开始设计一个大致符合上述原理的检测器模型样件。由于没有加工设备，手工开槽精度无法保证，他找到一家乡镇企业，人家说干不了(后来才知道是不愿意干)。他就到医疗器械商店购买了一台最老式的小型钻牙机——因为价格最便宜——用它打磨开槽，精度不高，但能做原理实验。最后，令人振奋的色谱分离谱图终于出现。但那已是1995年12月份。

关亚风说：“这个简陋的小原理样机仅重180克。其意义在于：这种全新的设计思想正确，只需要用最简单的加工技术和器件就有可能实现微型检测器!”

他接着开展深入研究，使检测器的灵敏度提高了10倍，并从原理模型推进到研制一台有自主知识产权的完整气相色谱仪样机。1997年，他得到中科院基础局重点课题的资助；1998年，他为四川电力研究院研制了便携式六氟化硫纯度分析仪样机，最低检测限度达到15ppm。仪器还获得科技部科学仪器攻关课题和中科院科研装备研制项目的资助。从此，他的研究条件彻底改变。2002年，研究小组研制出双通道微型气相色谱仪和全自动微型气相色谱；2005年，为国家安全部门研制出的全自动双通道微型气相色谱仪通过了严格的现场实用考核，成为正式装备服役，该仪器最低检测浓度达到2ppm，与美国产品指标完全相同，而仪器的技术路线、材料、工艺和整体设计思想则有本质区别。

关亚风说：“微型色谱仪器的研制历经10年，遇到的困难和艰辛始料未及，但对我的科学和技术创新能力的激发、培养起到了非常重要的作用。”

据了解，关亚风承担了6项科学仪器的攻关任务以及1项“863”科学仪器研制、1项自然科学基金仪器专项研究和宇航传感器的研制课题。在完成这些仪器研制的过程中，他不断应用“吃透科学原理，彻底改变设计思路，使用最简单的技术和工艺，实现最优的性能”这一理念，每一次仪器研制都获得成功。

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