风物长宜放眼量——访国家“十一五电镜项目”攻关单位之一、中科科仪张永明总裁

    翻阅“十一五”国家科技支撑计划重大项目《科学仪器设备研制与开发》课题申报指南，人们会发现“场发射枪透射电子显微镜的研制”子课题赫然其中。作为一种并非量大面广的科学仪器，电子显微镜这次首度列入国家科技攻关项目，的确很不容易。而且，无论是从设计难度、制造工艺、乃至市场价格而言，在种类众多的科学仪器当中，电子显微镜无疑都是很高的。与色谱、光谱等量大面广的分析仪器相比较，我国电镜工业的基础也显得有些薄弱。那么究竟是什么原因使得国家做出这一具有历史性意义的科技决策呢？同时，作为项目的具体承担单位——北京航空航天大学和北京中科科仪技术发展有限责任公司又将如何保证项目按时、高质的完成？

    日前，本网工作人员（以下简称：Instrument）专程拜访了该项目的负责人之一——北京中科科仪技术发展有限责任公司的张永明总裁（以下简称：张），试图从中寻找到问题的答案。

    Instrument：张总，您好！科技部此次将电镜项目列入“十一五”科学仪器设备研发课题，作为国内目前唯一一家电镜研制生产单位，同时也是本次攻关课题的主要承担单位之一，中科科仪是如何来解读这一国家科技决策的？

    张：诚如你所言，与其他科学仪器如光学显微镜相比，电子显微镜目前的确还称不上是量大面广的仪器。就其市场需求而言，据我们粗略估算，目前国内电镜市场一年的总量也就是200余台，其中绝大部分是进口仪器。而且高端电子显微镜的单台价格动辄几十万，甚至上百万美金，极大地抑制了国内用户，尤其是企业用户购买、使用这种仪器的愿望。

    虽然如此，但我们又必须要承认，一方面，作为人类认识自然，特别是认识微观世界的有力武器，电子显微镜在当前许多热门的前沿科技领域发挥了巨大的作用。譬如，晶体材料力学性质的位错运动的观察、病毒与蛋白质结构的破译、碳纳米管的发现等都借助于电子显微镜在原子尺度确定结构、化学组成的技术能力。

    而目前我国重要科研单位主要依靠进口仪器进行科学研究。人们对进口仪器和国产仪器在投资上仍存在重引进、轻研制的倾向。这是造成我国原始创新科技成果低于国际水平的重要原因之一。大量事实证明，最先进的科学仪器往往是科学家为了实验研究的需要由自己设计制造出来的。它一旦成为市场上的商品，科学早已远远地走到前面了。因此可以说，是创造性的科学思维导致了先进仪器的创制；反之，只拥有先进仪器设备，并不能保证做出具有创造性的科研成果来。

    所以，我们这个课题要解决的是首先使我国具备研制、开发标准化高端电子显微镜的能力，在具备了这个能力之后，才能谈得上下一步的改进、提高，进而从原理上做出自己原创性的东西。

    另一方面，如果我们自己不具备研制这样一种仪器的水平，电子显微镜也就很难在国民经济发展过程中得到普及应用。可能你也知道，如果我们自己的东西出不来，同类进口仪器的价格永远都将会高高在上。据我们了解，事实上一些国内的中小型企业对于电镜的潜在需求是非常大的，尤其是那些涉及到出口业务的企业，只是由于价格的原因，才使得他们对于电镜这种检测设备望而却步。即便如此，就目前国内扫描电镜的市场情况看，科研教学单位和企业单位购置的比例也已经达到了1：1，而透射电镜也正逐步向企业领域渗透。

    虽然国内电镜市场未来的发展走势与国家总体经济形势相关，但只要不发生大的意外，我个人认为，十一五期间，国内电镜市场的年增长率保持在30%左右完全是可能的。

    Instrument：据我们了解，我国电镜工业的起步并不算很晚，1975年科仪厂开发出了我国第一台扫描电镜。但目前，我国的电镜发展已远远落后于世界先进水平。其中的原因是什么？有哪些教训值得汲取？

    张：其实我国电镜的发展历史最早可以追溯到上世纪五十年代。1956年我国在制定“十二年长远科学技术远景规划”时，由王大珩、龚祖同和钱临照组成的仪器规划小组就提出研制电子显微镜。1958年，中国科学院长春光学精密机械研究所研制成功我国第一台中型电子显微镜，1959年又率先设计完成我国第一台100KV大型电子显微镜。黄兰友、郭可信、姚骏恩等老一辈科学家都亲身参与了当时这些项目的研制工作。此后，中国科学院科学仪器厂、江南光学仪器厂、上海电子光学技术研究所等单位通过引进国外的技术，也生产了各种透射电镜和扫描电镜。根据1996-1997年国家科委组织的一项调查显示，当时我国拥有透射、扫描电子显微镜1921台。其中，进口915台，占47.6%；国产1006台（透射电镜316台，扫描电镜690台）占52.4%。应该指出的是，20世纪80年代以前，我国生产的电子显微镜数量与进口的相当，为发展我国的科学技术和工农业生产做出了贡献。

    改革开放后随着大量进口电镜的涌入，促进了外国电镜公司的发展，而国产电子显微镜制造业却江河日下。这其中的原因的确值得深思。

    一方面，由于市场需求不高，经济效益不显著，以九十年代为例，当时国内电镜市场一年的需求总量也不过三、四十台，因此国家也就逐渐减少了在电镜方面的研发投入；而就当时国内大部分电镜生产厂家而言，基本上都是在我国早期计划经济时代建立起来的，本身并不具备产品研发的能力，对于从国外引进的技术，也只是单纯的模仿，无法进行消化、吸收、再提高。我们公司的情况虽然好一些，但每年电镜的产量也只有10~20台，并且品种单一，和那些进口厂家相比，规模太小，虽然能保持一小部分的科研发展力量，但已很难再去开发高档的场发射扫描/透射电镜和环境扫描电镜等新产品了。要知道，搞像电子显微镜这样精密、复杂的科学仪器，光搭建一个研发试验平台就要投入大量的资金，国外在类似项目上的投资都是以上千万美元计的。

    回顾全球电子显微镜的发展历程，可以发现进入九十年代后，电子显微技术正处于一个革命性的发展阶段。1997年，对电子透镜的像差校正技术的重要突破，使得无论是在电镜制造还是应用研究方面，都有惊人的进展。特别是进入本世纪后，全球各主要电子显微镜制造商正在陆续研制开发具有亚埃空间分辨能力及亚电子伏特能量分辨能力的电镜产品。这次电镜的急速发展固然得益于像差校正器的突破，同时也有其它的原因，如需求的牵引。由于信息、生物的研究层次已深入到纳米甚至原子尺度，作为集研究物质的形貌、结构与组分于一身的综合大型检测设备，透射电镜显然将发挥重要的作用。因此，如果我们再不在这方面有所作为的话，必然会被世界抛得更远。

    Instrument：那么，这次“十一五”课题涉及的“200KV场发射透射电镜”，所进行攻关的电镜类型及主要技术指标是如何确定的？是首先解决一个“有无”的问题，还是在此基础上进一步有所创新？

    张：具体到本课题研究内容和主要技术指标的确立，一方面是考虑到了客观实际条件。此次课题实施国家拨给的研制经费是2200万元，要求在三年时间里做出一台实验装置，一台产品样机。应当说无论是经费还是时间都非常紧张，所以在课题的研究试验当中可能会有所取舍。也许有些专家认为我们的技术指标提得有些低（譬如点分辨率0.25nm），提得不是很全面。但我本人的看法是，在目前现有的客观条件下，我们必须要从实事求是的角度出发，同时也要兼顾到现有的国情，开发出的产品首先满足一定范围内的用户提出的可靠、实用的要求。

    另一方面，搞电子显微镜，尤其是高端产品不是一件一蹴而就的事情，还是应该把眼光放长远一些。本次攻关课题的确立，不仅是要使我国具备研制、生产场发射透射电子显微镜的能力，突破一批诸如电子光学透镜系统，高压电子枪、场发射电子源等方面的技术难题，更重要的是通过这个项目，建立起一个研发测试平台，为今后科研工作的进一步深入打下一个良好的基础，同时打造出一支老、中、青相结合的科研队伍。

    在课题攻关的过程中，我们肯定会借鉴一些国外产品先进的设计思路，但我们自己研制的产品必须要具备完全的自主知识产权，这也是国家对我们提出的要求。所以在结构设计、加工工艺等方面肯定要有自己的创新，特别是要注意不能侵犯国外同类产品已申请的专利技术。

    Instrument：本次课题，由北京航空航天大学和中科科仪两家单位协作攻关，那么两家单位之间将如何进行分工协调？您认为科研院所与制造厂家的联手将会为未来仪器的产业化带来哪些益处？

    张：北航那边主要是以姚骏恩院士为主，需要指出的是，本课题最终能够顺利立项，与姚院士长期的奔走呼吁是分不开的。虽然目前，两家单位在分工合作的一些具体细节上还需要进一步磋商，但主要方面是比较明确的。

    譬如：我们整个项目将分成十几个子课题，每个子课题设一个专门的负责人，根据不同子课题的具体侧重来决定负责人由哪家单位的相关人员担任。同时，每个子课题所设计、提出的技术方案都必须要经过项目技术组的论证，通过后方能实施。

    至于企业参与国家科技项目的攻关，一方面可以为项目再提供一笔配套资金。以本次攻关项目为例，科技部的要求是参与企业所提供的配套资金的比例不能少于1：1。此外，企业的参与还可以为以后产品样机的产业化搭建一个良好的启动平台，而这一点恰恰是科研院所并不擅长的。科研还是应力争与国民经济的发展挂钩，为国民经济的增长做出贡献，而不能仅限于发表论文。

    Instrument：您认为，要保证这一国家任务按时、高质量的完成，需要具备哪些硬件及软件方面的条件？项目启动后可能会遇到的困难是什么？

    张：前面我已经提到，尽管2001年以前我们的电镜业务部门一直是惨淡经营，但由于我们其他业务部门的健康、快速发展，譬如我们的真空产品，去年已经打入美国市场，所以使得我们还是有能力保持了对于电镜产品的生产、研制没有间断，保留下了一支研发队伍，有一定的技术积累。从九十年代开始，在中国科学院的大力支持下，我们曾经先后派出三名工程师到我们老厂长黄兰友先生的母校德国Tübingen大学工作学习。近些年来，在硬件方面我们也在不断加大投入，每年大约都要投入七、八百万元用于购买加工设备。所以，对于这一国家任务的顺利完成，我们还是有信心的。

    当然，我们面临的困难也是不少。首先，由于我国的电镜工业还没有形成一条完整的产业链，许多上游厂家没有建立起来，所以有很多东西刚开始可能不得不靠我们自己来做。目前，我们也在积极寻找对策，希望能够和国际上的一些企业合作，通过利用他们的供货方来提供一些零部件，以加快项目的进程。

    其次，是人才方面的匮乏。由于近些年来我国电镜工业的不景气，很多为发展我国电子显微镜制造事业做出过重要贡献的老科学家们都已改行，有经验的电子显微镜制造专家也大量流失。

    再有，就是关于未来产业化的问题。要知道，产品样机出来后，离最终商品化实际上还是有一段距离的。因为我们提供给国内用户的产品不仅要能够满足他们使用上的需要，价格上也必须要有竞争力。但如果我们的生产规模上不去，成本就无法降下来，尤其是像电镜这样的高档、精密仪器，劳动力成本在其总成本中所占的比重太低，与国外同类产品相比，价格方面我们几乎没有优势。而这些都是未来急需我们解决的问题。

采访后记：

    FEI公司在宣传和推介其Titan电镜时，曾经引用了其美国用户的一句话，意思是说“Titan把纳米科技研究分为两个世界。拥有Titan将会有很多发现；没有Titan的研究者将属于另一个世界。”尽管这句话本身的合理性值得商榷，但对于这种划分所表现出的残酷性还是值得我们正视的。

    辨证法告诉我们事物总是在不断发展变化的，某些产品可以领先一时，但不会独霸永远，迟早会有其他产品迎头赶上。就我国目前电镜工业的现状而言，我们要想超越世界，首先要做的是跟上世界发展的步伐，这就要求我们必须把眼光放远，从战略上整体谋划，尽可能发挥出现有资源的最大能量。此次科技部启动的“200KV场发射透射电镜”攻关项目可以说是为我国在高端电子显微镜领域打入了一个楔子，而一旦这个科技“桥头堡”能够稳固地建立起来，必将会对我国电镜工业的全面复兴产生不可估量的影响。