新思路催生新儀器設備

“在納米尺度上研制出一大塊金屬非常困難，實際應用中并沒有必要，所以只要做金屬的表面納米化處理，便可以利用表面納米化層的功能使塊體材料具有很好的性能。金屬做成納米粉后，表面活性很大，會有表面吸附氣體、污染物，再壓成納米塊的時候會有晶界缺陷、孔洞等，并不是一塊非常純潔的材料。”

    中國科學院沈陽金屬研究所研究員成會明說：“盧柯院士想了一個簡單的方法：表面納米化處理，即對金屬表面進行反復沖擊、打擊，讓表面材料屈服、變形，形成納米晶。這當然需要相關設備。他因此提出儀器的設計思路，把零部件加工交給工廠。之后，我們安裝調試并不斷完善，進而得到新的設備，并擁有了新的研究成果，或是產品，或是論文。”

    成會明高興地說：“受盧柯院士的啟發，我也研制了一臺儀器。國際上做碳納米管的一個主要方法是‘電弧放電法’，兩個電極垂直相對，使電極產生電弧，從而產生碳納米管，但產量一直不大。我們與盧柯院士合作，改進了設備，用于制備碳納米管，結果產量比國際上高出數十倍。得到了中科院科研裝備研制項目的支持后，我們又研制出了一臺更完善的設備。”

    成功研制出微型氣相色譜儀的中國科學院大連化學物理研究所研究員關亞風，講述了自己這些年研制儀器的坎坷：1992年～1994年剛起步時，他按照美國人的思路，想在單晶硅上進行三維微加工，結合薄膜工藝制作微型氣相色譜儀的檢測器。但加工單位3年都沒能做出1個樣件，使他的研制工作陷入絕境，甚至有同行對他的精神是否正常提出質疑。他沒有泄氣，重新梳理了研究思路，決定用國內現有工藝和材料，通過采用不同的設計思想和加工技術來做成具有相同或相近功能的器件。

    他找到加工厚膜熱敏電阻的廠家，從它們的半成品中選擇了一種將鎳膜沉積到微晶陶瓷片上的熱敏電阻，買回后開始設計一個大致符合上述原理的檢測器模型樣件。由于沒有加工設備，手工開槽精度無法保證，他找到一家鄉鎮企業，人家說干不了(后來才知道是不愿意干)。他就到醫療器械商店購買了一臺最老式的小型鉆牙機——因為價格最便宜——用它打磨開槽，精度不高，但能做原理實驗。最后，令人振奮的色譜分離譜圖終于出現。但那已是1995年12月份。

    關亞風說：“這個簡陋的小原理樣機僅重180克。其意義在于：這種全新的設計思想正確，只需要用最簡單的加工技術和器件就有可能實現微型檢測器!”

    他接著開展深入研究，使檢測器的靈敏度提高了10倍，并從原理模型推進到研制一臺有自主知識產權的完整氣相色譜儀樣機。1997年，他得到中科院基礎局重點課題的資助；1998年，他為四川電力研究院研制了便攜式六氟化硫純度分析儀樣機，最低檢測限度達到15ppm。儀器還獲得科技部科學儀器攻關課題和中科院科研裝備研制項目的資助。從此，他的研究條件徹底改變。2002年，研究小組研制出雙通道微型氣相色譜儀和全自動微型氣相色譜；2005年，為國家安全部門研制出的全自動雙通道微型氣相色譜儀通過了嚴格的現場實用考核，成為正式裝備服役，該儀器最低檢測濃度達到2ppm，與美國產品指標完全相同，而儀器的技術路線、材料、工藝和整體設計思想則有本質區別。

    關亞風說：“微型色譜儀器的研制歷經10年，遇到的困難和艱辛始料未及，但對我的科學和技術創新能力的激發、培養起到了非常重要的作用。”

    據了解，關亞風承擔了6項科學儀器的攻關任務以及1項“863”科學儀器研制、1項自然科學基金儀器專項研究和宇航傳感器的研制課題。在完成這些儀器研制的過程中，他不斷應用“吃透科學原理，徹底改變設計思路，使用最簡單的技術和工藝，實現最優的性能”這一理念，每一次儀器研制都獲得成功。