大尺度耗氧量热仪

据物理学家组织网近日报道，一个由美国密歇根大学等单位研究人员组成的国际小组开发出一种纳米级的&ldquo 温度计&rdquo ，能从原子尺度测量热散逸，并首次建立了一种框架，来解释纳米级系统的热散逸现象。这一成果为开发体积更小、功能更强的电子设备扫除了一项重要技术障碍。相关论文发表在《自然》杂志上。 电流通过导电材料时会产生热，理解电子系统中热是从哪里产生的，有助于工程师设计性能可靠而高效的计算机、手机和医疗设备等。在较大线路中，人们很容易理解热是怎样产生的，但对纳米尺度的终端，经典物理学却无法描述热和电之间的关系。这些设备可能只有几个纳米大小，或由几个原子构成。 原子与单分子接点代表了电路微型化的最终极限，也是测试量子传输理论的理想平台。要描述新功能纳米设备的电荷与能量传输，离不开量子传输理论。在今后的20年，计算机科学与工程人员预期可能会在&ldquo 原子&rdquo 尺度开展工作。但由于实验条件限制，人们对原子设备的热散逸与传播还了解甚少，也为开发新型纳米设备带来了很大障碍。 该研究领导者、密歇根大学机械工程和材料科学与工程副教授普拉姆德· 雷迪说：&ldquo 目前晶体管已经达到极小量度，在20或30纳米级别。如果该行业继续按照摩尔定律的速度发展下去，线路中晶体管体积缩小的速度是其密度的两倍，如此离原子级别已经不远。然后，最重要的事情就是要理解热量散播和设备电子结构之间的关系，如果缺乏这方面的知识，就无法真正掌控原子级设备，我们的研究首次揭示了这一领域。&rdquo 雷迪实验室博士生李宇哲（音译）等人开发出一种技术，特制了一个稳定的原子设备和一种纳米大小的温度计，将二者结合做成一种圆锥形工具。在分子样本线路中，圆锥形工具和一片黄金薄片之间能捕获一个分子或原子，以研究其热散逸。他们通过实验显示了一个原子级系统的变热过程，以及这一过程与宏观尺度变热过程的不同，并且设计了一个框架来解释这一过程。 雷迪解释说，在可接触的宏观世界里，当电流通过导线时，整个导线都会发热，与其相连的所有电极也是如此。相比之下，当&ldquo 导线&rdquo 是纳米大小的分子，而且只和两个电极接合时，温度升高主要发生在二者之一中。&ldquo 在原子级设备中，所有热量集中在一个地方，很少会到其他地方。&rdquo 雷迪说：&ldquo 我们的研究还进一步证实了物理学家列夫· 朗道提出的热散逸理论的有效性，并深入理解了热散逸和原子尺度的热电现象之间的关系，这是从热到电之间的转变。&rdquo

1月20日，由两院院士评选的2009年度中国十大科技进展揭晓，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室(筹)杜江峰教授的“量子计算研究获重大突破”荣列其中。这是该实验室自2003年获批筹建以来，连续7年有成果入选中国十大科技进展。　　自2003年以来，该实验室还有1项成果入选年度世界十大科技进展、3项成果入选国际物理学年度重大进展、5项成果入选中国高校十大科技进展、4项成果入选中国基础研究十大新闻……微尺度国家实验室俨然已成为一座越烧越旺的“创新熔炉”。　　让科学家平心静气地做学问　　向管理创新要成果要人才，是近年来许多管理者常说的一句话。微尺度国家实验室成果迭出，是不是也与此相关?　　“我们没有刻意地追求管理创新。”中科大校长、微尺度实验室常务副主任侯建国院士的一番话颇出记者的意料。　　据了解，实验室的投入并不算多，研究人员基本来自校内相关院系和每年的正常招聘。科研团队的负责人大多是中科大土生土长的博士，没有显赫的学术经历。实验室对他们每年应该争取多少科研项目和经费、发表多少科研论文、取得多少发明专利等，一概不提硬性指标，甚至连一年一度的考核都不作具体要求，只是要求进行3~5年的阶段性工作汇报。“也有一定的学术奖励，但额度并不大。很难说教授发表论文、做出成果，与奖励有什么必然关系。”　　“实验室不会把发展中遇到的各种竞争和压力简单地按照发表论文数、争取项目数的方式分解给各位教授，但是，实验室通过学科交叉在若干关键领域获得重大科学突破的目标是明确的，全体研究人员对此也是认同的。”侯建国说，“对这些热心创造的科学家们来说，‘管理’二字显然不太适合。”　　陈仙辉教授是中科大自己培养的博士，他从上世纪80年代后期开始研究高温超导，在这个领域默默耕耘了20多年。平时没有上下班之分，没有工作日和节假日之分，每当有了新的进展或想法，即使深更半夜，他也会兴奋地跑到实验室。　　2008年2月19日，日本科学家发表文章称，发现氟搀杂的镧氧铁砷化合物在26K(-247.15℃)时具有超导性。陈仙辉研究了日本人的成果后，认为他们没有证明这类材料是真正的高温超导体，于是立刻带领学生开始研究。　　3月25日，结果出来了：这种材料的临界温度超过了40K(-230.15℃)，突破了“麦克米兰极限”，证明了这类超导体是除铜氧化合物高温超导体之外的又一高温超导体家族。两个月后，他们的研究论文在国际权威学术期刊《自然》上发表，这一成果入选美国《科学》杂志和国内两院院士评选的当年度世界十大科技进展。　　“主要靠长期的工作和实验积累，否则不可能敏锐地捕捉到有效的信息，也不可能这么快就有结果。”陈仙辉说，“到目前为止，高温超导的机理还不是很清楚，需要新的理论来支撑。所以，我相信总会有惊喜在等着我。”　　“从他的学术经历里，我们可以看到，创新源于科学家的原动力，而不是各种名目繁多的管理与约束措施。”侯建国说，“只有当科学家们把外界的诱惑和干扰置之度外，能平心静气地专心于学问的时候，科学上的突破才会水到渠成。”　　“科学家需要的不是简单的管理，而是完善的服务”　　科研成果入选2009年度中国十大科技进展的杜江峰教授同样是中科大自己培养的博士，也是国内最早从事量子计算技术研究并取得一系列重要进展的科学家之一。2007年，他申请的“量子调控”重大科学研究计划项目(973)“基于核自旋量子调控的固态量子计算研究”获得通过，他成为该项目的首席科学家。　　要开展进一步的创新研究，还需要购置先进的实验设备。这对“羽翼未丰”的杜江峰来说，无疑是个难题。这时候，学校和微尺度实验室向他伸出了援助之手，通过划拨、出借等方式帮他筹集了800万元，用来购置实验设备。　　短短一年多的时间，国内第一个脉冲电子顺磁共振实验平台就建成了。紧接着，2009年6月，杜江峰和香港中文大学刘仁保教授合作，利用这一实验平台在国际上首次实现了真实固态体系的最优动力学解耦，极大地提高了电子自旋相干时间，并成功厘清各种退相干机制在此类固体体系中的影响。该成果发表在2009年10月29日出版的《自然》上，同期评述文章指出：“他们取得的研究进展的重要性在于极大提升了现实物理体系的性能，从而朝实现量子计算迈出重要的一步。”　　记者了解到，近年来，中科大耗资数亿元建设了物理、化学、生命科学、工程科学、信息科学等实验教学中心，集中购置了一批急需、通用而一般课题组无力购买的大中型仪器设备，并组建了技术支撑服务队伍，使得全校师生都能在公共科研平台上实践自己的学术思想。许多先进实验设备几乎全天候运转，全校所有相关专业的院系都能用。　　“科学家更需要的不是简单的管理，而是完善的服务。管理者应把时间和精力放在为科学家创造条件、解决困难、营造氛围上，使科学家的好奇心、原动力得以持续。”侯建国深有体会地说。　　一个实验室里70多名教授形成交叉优势　　被誉为“黄金组合”的侯建国与杨金龙教授，是微尺度实验室学科交叉的典范。早在1995年，两人分别从国外回到中科大，之后不久，他们就在时任校长朱清时院士的“撮合”下走到了一起。微尺度实验室筹建后，两人的学术合作进入一个新的境界。侯建国负责实验部分的精耕细作，杨金龙负责理论方面的深度挖掘，他们带领一批年轻教师和研究生，利用低温超高真空扫描隧道显微镜，巧妙地对吸附于金属表面的钴酞菁分子进行“单分子手术”，成功实现了单分子自旋态的控制。他们的研究成果发表在2005年9月的国际权威学术期刊《科学》上，审稿人评价说：“这是新颖的单分子功能调控的一个极好的例子。”这项成果入选2005年度中国十大科技进展。　　目前，微尺度实验室实现了物理学、化学、生命科学、信息科学、材料科学五个一级学科之间的交叉，聚集了包括7名中科院院士在内的70多名教授和研究员，建成三大技术支撑平台，培育了国家自然科学基金委的5支优秀创新团队和教育部的4支优秀创新团队。在这种环境下，学科交叉是很容易实现的。　　“我们虽然对交叉合作的课题给予一定的奖励，但并不刻意要求相互之间必须解决共同的问题，而更看重提供一种思想碰撞、相互启发的氛围和机制。”侯建国说。　　微尺度实验室三楼有一个房间，布置得像一间客厅，室内弥漫着咖啡的浓浓香味，朝南的一扇门通向宽阔的阳台，廊檐和栏杆上垂挂着绿色藤蔓。这是实验室研究人员聊天、交流的场所，许多学术上的灵感和火花，就是在这里碰撞出来的。实验室各研究部还经常从世界范围内邀请顶尖学者来作学术报告和交流，而这样的讲座和报告则是全实验室成员共享的资源。　　“微尺度实验室的科研人员都很开放，没有小家子气，乐于和不同学科的人交流自己的学术思想。”杜江峰说，“在自己的一亩三分地上搞闭关自守，不会有大的出息。”　　“给年轻人提供没有天花板的创造空间”　　记者在采访时注意到，微尺度国家实验室近年来连续入选年度中国十大科技进展的团队负责人都在40岁~50岁之间，而团队骨干力量则大多是二三十岁的年轻人，其中不少是在读的博士生、硕士生。　　在国际量子信息研究领域，“潘建伟小组”的知名度不小。1970年出生的潘建伟和一批年龄比他还小的年轻人，近年来取得了一系列原创性成果，从2003年至今已5次入选中国十大科技进展，两次入选欧洲物理学会和美国物理学会评选的年度国际物理学十大进展。　　这些年里，为了掌握国际上最先进的量子纠缠技术和量子存储技术，在学校和实验室的支持下，潘建伟先后赴奥地利和德国做客座教授，并不断融合不同学科背景的年轻人加盟自己的实验室，还将国内实验室一批有潜力的学生介绍到国外一流大学读博士或从事博士后研究，在国际学术界的最前沿开阔眼界，增长兴趣，转换思维。　　如今，用奥地利维也纳大学物理学家布鲁克纳的话说，潘建伟小组在发展量子技术方面已经是“世界上处于领先地位的小组之一”。2009年7月，潘建伟带着他的“海外团队”集体“回家”，光是搬家清单就足足列了20页之多。　　实验室内已在学术界崭露头角的年轻人，面对海外学术机构的邀请没有动摇。“现在国内的科研条件也不错，而且在优秀团队会进步更快。这个团队是我最好的选择。”曾在加拿大做博士后的陈凯说。而年轻的潘建伟教授则对比他更年轻的同事们说：“你们不能永远做助手，一定要成长起来，独当一面。”　　“在实验室里，我常说‘取法乎上，仅得其中 取法乎中，仅得其下’。”侯建国说，“实验室一定要给年轻人提供没有天花板的创造空间，让他们能跳多高就跳多高。”

p　　strong仪器信息网讯/strong 2017年11月6日，钢铁研究总院组织召开了其牵头承担的国家重点研发计划“重大科学仪器设备开发”专项“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目启动会。/pp　　航空高温合金涡轮盘、核电管道、高铁车轮等大尺度金属构件是重大工程关键核心部件，而米级大尺度金属构件成分偏析与夹杂物是这些行业关键部件失效的重要因素。但是目前国内外还没有直接测量大尺度金属构件成分偏析度与夹杂物的手段，通常使用的酸浸低倍、硫印等传统方法效率低且不能定量表征。钢铁研究总院曾在国际上首创了火花金属原位分析仪，不过其所解决的是小尺寸平面金属样品(小于100mm*100mm)的偏析度及夹杂物测量，仍然无法直接分析米级大尺度金属构件的偏析度及夹杂物。因此，目前如何在米级尺度上快速获得高分辨率成分信息是世界级难题。/pp　　面对这一技术现状以及市场需求，由国务院国有资产监督管理委员会推荐、钢铁研究总院牵头承担的“重大科学仪器设备开发”专项“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目在今天正式启动。/pp style="text-align: center "img title="现场.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/14f45c45-ddc5-4383-b67c-ac3b4e133bd4.jpg"//pp style="text-align: center "项目启动会现场/pp　　该项目于2017年7月开始，2021年6月结束 总预算4275万元，其中中央财政专项经费1875万元 项目负责人由钢铁研究总院分析测试研究所所长贾云海教授担任 项目分为“高稳定性连续激发单火花光谱分析技术研究”、“皮秒激光光谱金属构件分析技术研究”、“基于CMOS的高分辨堆叠光栅光学系统研究”、“全自动加工与监测系统研究”、“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪整机研制”、“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪工程化和产业化”、“大尺度高速铁路车轮坯件成分偏析度与夹杂物分析方法研究”、“大尺度航空高温合金涡轮盘坯件及核电钢管道成分偏析度与夹杂物分析方法研究”8个课题 项目参与单位有中国科学院沈阳自动化研究所、北京机电院机床有限公司、马鞍山钢铁股份有限公司、北京科技大学、宁波英飞迈材料科技有限公司、钢研纳克检测技术有限公司。/pp　　“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目中的“双光源”为单火花光源和皮秒激光光源。火花光源分析表面接近平面的构件，而激光光源可分析曲面构件 对于火花源，本项目着力解决器件长时间发热对光源参数的影响，实现长时间(大于10小时)的稳定连续激发 对于激光源则以实现光斑最小能达到5um、斑点大小的高速度/高精度自动控制为目的。/pp　　与双光源相匹配，除了经典的光电倍增管罗兰圆光学系统外，本项目还将研制基于CMOS的高分辨堆叠光栅光学系统。CMOS探测器与合理组合的20块1800刻线/mm平面光栅相结合，以期实现0.015nm的分辨率、170-670nm的光谱范围。另外，本项目在自动化方面有较大提升，将大尺度金属构件的加工与检测进行整合，在完成构件的加工后自动进行偏析度与夹杂物的测量。/pp style="text-align: center "img title="贾云海.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/7e3b467a-158a-4fc3-a973-679968df0c4c.jpg"//pp style="text-align: center "项目负责人，钢铁研究总院分析测试研究所所长 贾云海教授/pp　　据项目负责人贾云海教授介绍，“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目的主要创新点包括突破小尺寸平面样品到大尺度平面/非平面金属构件偏析度及夹杂物分析技术，首次研制大尺度构件表面加工、精准定位扫描、成分偏析度及夹杂物光谱分析一体化全自动分析系统，首次实现激光/单火花双光源光谱分析系统，研制高精度门控全数字固态激发光源，形成大尺度偏析度及夹杂物表征模型等。/pp　　“双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪”项目目标是，在项目中期，研制形成具有一定功能的双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪成套仪器样机 通过在航空高温合金涡轮盘、核电钢管道、高铁车轮等方面的应用开发，形成具有自主知识产权、功能健全、质量稳定可靠的双光源全自动大尺度金属构件成分偏析度分析仪器 项目验收后3年内，达到年产整机50台套的生产能力，实现产值2.5亿元，为航空、核电、高铁等重要行业提供测试技术支撑。/pp　　科技部高技术研究发展中心项目主管刘进长研究员、科技部高技术研究发展中心项目主管赵亮、国务院国资委综合局科技处项目主管任檬、中国钢研科技集团有限公司王海舟院士 责任专家北京理工大学邓玉林教授、中国科学院微电子研究所夏洋研究员 技术专家中国分析测试协会吴波尔副理事长、北京市计量科学研究院化学所沈正生研究员、中国地质大学(武汉)胡圣虹教授、北京科技大学刘杰民教授、哈尔滨工业大学刘俭教授、北京机电院高技术股份有限公司黄天石高级工程师 用户委员宝山钢铁股份有限公司分析测试研究中心张毅教授级高工、唐山钢铁集团有限公司生产制造部张希清高级工程师、中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司谢静高级工程师、马鞍山钢铁股份有限公司宋祖峰高级工程师、钢铁研究总院党委副书记刘伟钢及项目参与人员等40余人应邀出席会议。/pp　　钢铁研究总院科技处处长张国强主持启动会，科技部高技术研究发展中心刘进长研究员对国家重大科学仪器设备开发专项的管理方针、政策进行了宣贯，对项目实施提出了明确的要求。国务院国资委综合局科技处项目主管任檬、钢铁研究总院党委副书记刘伟钢为会议致辞。中国科学院微电子研究所夏洋研究员作为仪器专项总体专家组组长及本项目责任专家进行了技术管理规范等的讲解，夏洋指出责任专家的职责包括沟通协调、管理、创新服务等工作。/pp　　根据专项管理办法的要求，启动会首先成立了“项目总体组”、“项目技术专家组”、“项目用户委员会”，并颁发聘书。项目负责人贾云海教授代表项目组介绍了项目实施方案，项目管理办公室文志旻介绍了项目管理办法，并提请大会审议。/pp　　与会领导和专家对项目实施方案和组织管理办法等进行了讨论和交流，为项目提出了许多有意义的建议。如专家指出：应加强和用户的需求对接，加强仪器分辨率、检出限等指标，形成国标、行标等，为用户提供使用参考 光源连续激发十小时对自身稳定性挑战较高 火花、激光两个研发单位的整合，两套光源的分工、集成，其逻辑关系的梳理应不能影响项目进度，应提前设计保证整体任务的完成 项目执行过程中，应充分发挥管理班子的作用，前期进度应能保证产业化、工程化的顺利实施。/pp　　项目组还邀请了财务专家对课题负责人、财务人员及科研财务助理进行了财务管理规范培训。/pp style="text-align: center "img title="合影11.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201711/insimg/231b0bb2-02bc-47a6-a26f-c30ae40dd67d.jpg"//pp style="text-align: center "与会者合影/pp /p