“爭取部分先超越” 

                              ——姚駿恩院士談儀器儀表的研制策略

    “關于科研儀器的研制，目前我國步入了‘天時地利人和’時期。所謂‘天時’，指中國經濟發展到今天， 國家有了一定實力；‘地利’，指經過這些年發展，我們積累了正反兩方面的經驗教訓；‘人和’即上上下下都認識到研制儀器的重要性。我們現在落后了，要趕上去。其中，有些可以快，但很多基礎工作必須做，在短時間內是無法超越的。”伴隨著我國科研儀器研制走過半個多世紀、在北京航空航天大學任教的姚駿恩院士，用這樣的評語拉開了話題。

    “國家在制定‘十一五’科技發展規劃時，有關部門征求過我的意見。如今，200kV場發射槍透射電子顯微鏡的研制已列入國家科技支撐計劃重大項目”。他介紹，希望借助“十一五”大好契機，實現這個夢，因為這是幾代人的奮斗目標。

儀器拓展呈“迅雷不及掩耳”之勢

    “儀器技術的發展速度驚人，人們始料未及。”

    他以顯微鏡發展為例介紹，光學顯微鏡的出現使人們發現了被稱為19世紀“三大發現”之一的生物細胞，人類對自然界的認識實現了一次飛躍。然而，由于受到可見光波長的限制，光學顯微鏡的分辨極限約為0.2微米。誕生于1932～1933年的透射電子顯微鏡，利用電子束波長遠小于可見光波長，使目前最先進的像差校正電鏡的點分辨能力小于0.1納米，可分辨單個原子，并可對線度為納米量級的原子團進行結構及化學成分分析，能直接觀察、進而分析研究物質微觀結構與其宏觀性質（功能）之間的關系。掃描電子顯微鏡的工作原理在1935年就已提出，它具有諸多優點，可直接觀察固體表面，成像富有立體感，1965年商品化產品出現了。

    隨著技術的不斷推進，上世紀80年代初，一種全新的表面分析儀器——掃描隧道顯微鏡 （Scanning tunneling microscope——STM誕生了。其橫向分辨能力高達0.1納米，縱向達0.01納米。可以直接觀察大氣、真空、甚至液體中處于自然狀態下的樣品，引起了科學界的極大關注。這一儀器在表面科學、材料科學與生命科學等領域獲得廣泛應用。與此同時，STM儀器本身也獲得了迅速發展，相繼誕生了一系列在工作模式、結構及主要性能等方面與STM相似的顯微儀器，統稱為掃描探針顯微鏡Scanning probe microscope (SPM)，如原子力顯微鏡Atomic force microscope(AFM)、光子掃描隧道顯微鏡 Photon STM等，可以獲得STM無法獲取的各種表面結構信息。

    姚駿恩院士說，當前，各類顯微鏡正以其各自的優點，相互補充，為認識世界探索微觀世界的奧秘，進而能動地改造世界。如，掃描隧道顯微鏡不僅能夠觀測物質表面的原子結構，而且開辟了從小到大，從下到上制造納米器件的新途徑。這些儀器還有測量和制造的功能，把儀器和機器有機地結合為一體。為了表彰電子顯微鏡的創始人E. Ruska教授及掃描隧道顯微鏡的發明者G. Binnig和H. Rohrer博士的功績，瑞典皇家學院授予他們1986年諾貝爾物理獎。

電鏡研制，中國曾經輝煌

    中國電子顯微鏡研制歷程在姚駿恩院士眼前清晰重現。

    他說，從1956年王大珩、錢臨照先生等在制定我國《12年國家科學和技術長遠發展規劃》時提出研制電子顯微鏡以來，已經歷了半個世紀。

    風華正茂的姚駿恩，1952年大學畢業后分配到中國科學院長春光機所工作。他的第一個課題是做精密電阻箱，自己動手纏線圈，買器材。一年之后，開始研制測量微小電流的檢流計，涉及電磁場、光學、精密機械、材料等多個學科。1956年他跟隨王大珩院士參加《12年科學技術發展遠景規劃》的制定，當時國家聘請前蘇聯專家作顧問，他負責翻譯部分俄文資料。1957年，研究所本想派他去德國從事紅外光譜儀研究。沒料，德國不同意，不希望中國人學習他們這類高精尖儀器關鍵技術。

    “雖然沒去成，但我卻有幸參加了開創我國的電子顯微鏡研制事業”。他補充說。

    1958～1959年，長春光機所開始研制電鏡，他主持設計、研制了10萬倍大型電子顯微鏡。

    他說，“回頭來看，中國基礎的實驗儀器，竟都是在中國科學院的啟動的。可見，建國之初儀器研制國家可謂‘一窮二白’。

    1964年，長春光機所的電子顯微鏡研究室轉并到位于北京中關村的中國科學院科學儀器廠，姚駿恩院士開始了他的“第二次創業”。在北京，他們1965年成功研制出點分辨能力為0.5(0.4)納米的透射式電鏡。

    上世紀70年代，他在中科院北京科儀廠負責研制成功了我國第一臺掃描電鏡。

    1985年他參與了中科院北京電子顯微鏡（開放）實驗室的籌建工作，開始了他的“第三次創業”：率先在國內提出并主持完成掃描隧道顯微鏡的研制和生產工作。

    1993年我國開展近場光學研究，他主持完成了我國第一臺光子掃描隧道顯微鏡，打破了傳統光學顯微鏡的分辨本領極限，達10 納米，推動和促進了掃描探針顯微學在中國的發展。

    姚駿恩院士說，“到1996年為止，我國共生產制造了透射電鏡316臺，掃描電鏡及電子探針691臺，各式電鏡及電子衍射儀33臺，合計1040臺。其中，上海電子光學技術研究所，中科院北京科儀中心和江南光學儀器廠共生產992臺，約占全部數量的95％。主要指標接近或達到當時的國際水平。同時，還生產了各種掃描探針顯微鏡共112臺。應該指出的是，20世紀80年代以前，我國生產的電子顯微鏡數量與進口的相當，為發展我國的科學技術和工農業生產做出了貢獻，有過自己的輝煌。改革開放后大量進口各種電鏡，促進了外國電鏡公司的發展，而國產電子顯微鏡制造業卻奄奄一息，現在只剩下一個研制生產單位（北京中科科儀技術發展有限公司）還在艱苦奮斗，繼續生產中檔掃描電鏡”。

    如今，姚駿恩院士應邀到北京航空航天大學任教。

    他說，“這是我的第四次創業，我希望重振我國的電子顯微鏡制造事業；發展空間納米測控技術，在進行太空探測時，能夠用上中國自己研制的超顯微分析儀器，把原子力顯微鏡等超顯微鏡放到空間，在月球、火星表面實現納米量級的就位測量。火星上是否有生命需要靠儀器來探測和驗證。如果把宇宙中的物質取回來，在回到地球再進行測量的過程中未免會受到污染，也會發生各種各樣的變化。那么哪些是污染？哪些是物質本身的呢？需要去偽成真。如果把儀器放在太空直接進行原位測量，就可以減少和避免這類問題......”。

從落后到先進，爭取部分先超越

    “國外對中國的策略，一般情況是，你不能制造的精密儀器，他要高價，甚至不賣給你；當你有能力制造時，他以低價銷售給你，打垮你，不讓你發展”。姚駿恩院士一語點破中國科研儀器發展面臨的困局。

    “因此，我們必須自強自立。1956年制定《12年科學技術發展遠景規劃》時，關于電子顯微鏡，前蘇聯顧問建議中國不要做。因為太復雜，我們沒有任何基礎，最好直接購買他們的產品。但王大珩院士堅持我們自己做。1958年，我們做出來了，但穩定性不如國外產品。”

    姚駿恩院士認為，解決產品穩定性問題不是一日之功。科研儀器從無到有，生產高質量儀器的關鍵在于細節，需要一整套優良的工藝標準。從材料的選擇到加工工藝，每一個零部件都需要注意，每一個細節都需要精益求精，才能獲得高指標、高可靠性。我們需要一個打基礎的過程，而這樣積累的過程是難以超越的。

    他告誡說，“關于國產儀器質量不夠穩定的問題，原因是多方面的。很長一段時間以來，我們追求的是數量，是在幾年內必須完成其他國家幾十年完成的工作。這使研究人員免不了在某些方面湊合。因為完不成計劃，不僅是課題負責人的個人問題，而是整個團隊可能再也得不到經費支持的問題。要做到精益求精應該給一些時間。在研制一臺儀器過程中，即使是裝一個螺絲釘往往都需要修一修。如果用的改錐不合適，螺絲釘的開口槽就會變形，而改錐使用的鋼和制造工藝也需要很高才好用。例如，彈簧，看上去是一個非常簡單的零件，但卻很難做好。材料的選擇十分重要，熱處理不規范，也生產不出批量的高質量彈簧。這都需要長期的積累，包括數據的積累，并形成規范。只有全部配套，才能上臺階。政府應該允許科技人員有時間積累和細化”。

    他說，在工廠里，一些老師傅的工具為什么不愿借給別人使用？因為這是他的工作基礎，“工欲善其事，必先利其器”呀！你笨手笨腳把它弄壞了，他工作就不能得心應手了。

    他指出，“一個人浮躁也許是他個人素質不夠高，但成千上萬人都表現浮躁，就應該深思，是不是評價體系、導向有什么問題？誠然，我們應該看到，這些都是發展過程中的問題，不可能一下子十全十美，只能有選擇性地把某些做到滿足國內需求，減少對國外的依賴，打好基礎，爭取一部分超越，逐步發展我們的技術特色，中國才會強大起來”。

后記：采寫完成姚駿恩院士這篇稿件后，他先后請了三位教授為文章談到的內容把關，然后才返回給記者。其中，商廣義教授饒有興趣地描述：

    風風雨雨五十載，電鏡研制夢相隨。

    透射掃描和探針，微觀世界可少誰？

    天地人和今又現，老中青年大有為。

    苦干求精重實效，振興科儀展國威。

                                                             轉自：科學網