“關(guān)于科研儀器的研制，目前我國(guó)步入了‘天時(shí)地利人和’時(shí)期。所謂‘天時(shí)’，指中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到今天， 國(guó)家有了一定實(shí)力；‘地利’，指經(jīng)過(guò)這些年發(fā)展，我們積累了正反兩方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；‘人和’即上上下下都認(rèn)識(shí)到研制儀器的重要性。我們現(xiàn)在落后了，要趕上去。其中，有些可以快，但很多基礎(chǔ)工作必須做，在短時(shí)間內(nèi)是無(wú)法超越的。”伴隨著我國(guó)科研儀器研制走過(guò)半個(gè)多世紀(jì)、在北京航空航天大學(xué)任教的姚駿恩院士，用這樣的評(píng)語(yǔ)拉開(kāi)了話題。

　　“國(guó)家在制定‘十一五’科技發(fā)展規(guī)劃時(shí)，有關(guān)部門征求過(guò)我的意見(jiàn)。如今，200kV場(chǎng)發(fā)射槍透射電子顯微鏡的研制已列入國(guó)家科技支撐計(jì)劃重大項(xiàng)目”。他介紹，希望借助“十一五”大好契機(jī)，實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)，因?yàn)檫@是幾代人的奮斗目標(biāo)。

儀器拓展呈“迅雷不及掩耳”之勢(shì)

　　“儀器技術(shù)的發(fā)展速度驚人，人們始料未及。”

　　他以顯微鏡發(fā)展為例介紹，光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)使人們發(fā)現(xiàn)了被稱為19世紀(jì)“三大發(fā)現(xiàn)”之一的生物細(xì)胞，人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)了一次飛躍。然而，由于受到可見(jiàn)光波長(zhǎng)的限制，光學(xué)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(zhǎng)遠(yuǎn)小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)，使目前的像差校正電鏡的點(diǎn)分辨能力小于0.1納米，可分辨單個(gè)原子，并可對(duì)線度為納米量級(jí)的原子團(tuán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分分析，能直接觀察、進(jìn)而分析研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性質(zhì)（功能）之間的關(guān)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(yōu)點(diǎn)，可直接觀察固體表面，成像富有立體感，1965年商品化產(chǎn)品出現(xiàn)了。

　　隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)，上世紀(jì)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(dá)0.1納米，縱向達(dá)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(tài)下的樣品，引起了科學(xué)界的極大關(guān)注。這一儀器在表面科學(xué)、材料科學(xué)與生命科學(xué)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，STM儀器本身也獲得了迅速發(fā)展，相繼誕生了一系列在工作模式、結(jié)構(gòu)及主要性能等方面與STM相似的顯微儀器，統(tǒng)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(wú)法獲取的各種表面結(jié)構(gòu)信息。

　　姚駿恩院士說(shuō)，當(dāng)前，各類顯微鏡正以其各自的優(yōu)點(diǎn)，相互補(bǔ)充，為認(rèn)識(shí)世界探索微觀世界的奧秘，進(jìn)而能動(dòng)地改造世界。如，掃描隧道顯微鏡不僅能夠觀測(cè)物質(zhì)表面的原子結(jié)構(gòu)，而且開(kāi)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(cè)量和制造的功能，把儀器和機(jī)器有機(jī)地結(jié)合為一體。為了表彰電子顯微鏡的創(chuàng)始人E. Ruska教授及掃描隧道顯微鏡的發(fā)明者G. Binnig和H. Rohrer博士的功績(jī)，瑞典皇家學(xué)院授予他們1986年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

電鏡研制，中國(guó)曾經(jīng)輝煌

　　中國(guó)電子顯微鏡研制歷程在姚駿恩院士眼前清晰重現(xiàn)。

　　他說(shuō)，從1956年王大珩、錢臨照先生等在制定我國(guó)《12年國(guó)家科學(xué)和技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃》時(shí)提出研制電子顯微鏡以來(lái)，已經(jīng)歷了半個(gè)世紀(jì)。

　　風(fēng)華正茂的姚駿恩，1952年大學(xué)畢業(yè)后分配到中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所工作。他的個(gè)課題是做精密電阻箱，自己動(dòng)手纏線圈，買器材。一年之后，開(kāi)始研制測(cè)量微小電流的檢流計(jì)，涉及電磁場(chǎng)、光學(xué)、精密機(jī)械、材料等多個(gè)學(xué)科。1956年他跟隨王大珩院士參加《12年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》的制定，當(dāng)時(shí)國(guó)家聘請(qǐng)前蘇聯(lián)專家作顧問(wèn)，他負(fù)責(zé)翻譯部分俄文資料。1957年，研究所本想派他去德國(guó)從事紅外光譜儀研究。沒(méi)料，德國(guó)不同意，不希望中國(guó)人學(xué)習(xí)他們這類高精尖儀器關(guān)鍵技術(shù)。

　　“雖然沒(méi)去成，但我卻有幸參加了開(kāi)創(chuàng)我國(guó)的電子顯微鏡研制事業(yè)”。他補(bǔ)充說(shuō)。

　　1958～1959年，長(zhǎng)春光機(jī)所開(kāi)始研制電鏡，他主持設(shè)計(jì)、研制了10萬(wàn)倍大型電子顯微鏡。

　　他說(shuō)，“回頭來(lái)看，中國(guó)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)儀器，竟都是在中國(guó)科學(xué)院的啟動(dòng)的。可見(jiàn)，建國(guó)之初儀器研制國(guó)家可謂‘一窮二白’。

　　1964年，長(zhǎng)春光機(jī)所的電子顯微鏡研究室轉(zhuǎn)并到位于北京中關(guān)村的中國(guó)科學(xué)院科學(xué)儀器廠，姚駿恩院士開(kāi)始了他的“第二次創(chuàng)業(yè)”。在北京，他們1965年成功研制出點(diǎn)分辨能力為0.5(0.4)納米的透射式電鏡。

　　上世紀(jì)70年代，他在中科院北京科儀廠負(fù)責(zé)研制成功了我國(guó)臺(tái)掃描電鏡。

　　1985年他參與了中科院北京電子顯微鏡（開(kāi)放）實(shí)驗(yàn)室的籌建工作，開(kāi)始了他的“第三次創(chuàng)業(yè)”：率先在國(guó)內(nèi)提出并主持完成掃描隧道顯微鏡的研制和生產(chǎn)工作。

　　1993年我國(guó)開(kāi)展近場(chǎng)光學(xué)研究，他主持完成了我國(guó)臺(tái)光子掃描隧道顯微鏡，打破了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)極限，達(dá)10 納米，推動(dòng)和促進(jìn)了掃描探針顯微學(xué)在中國(guó)的發(fā)展。

　　姚駿恩院士說(shuō)，“到1996年為止，我國(guó)共生產(chǎn)制造了透射電鏡316臺(tái)，掃描電鏡及電子探針691臺(tái)，各式電鏡及電子衍射儀33臺(tái)，合計(jì)1040臺(tái)。其中，上海電子光學(xué)技術(shù)研究所，中科院北京科儀中心和江南光學(xué)儀器廠共生產(chǎn)992臺(tái)，約占全部數(shù)量的95％。主要指標(biāo)接近或達(dá)到當(dāng)時(shí)的國(guó)際水平。同時(shí)，還生產(chǎn)了各種掃描探針顯微鏡共112臺(tái)。應(yīng)該指出的是，20世紀(jì)80年代以前，我國(guó)生產(chǎn)的電子顯微鏡數(shù)量與進(jìn)口的相當(dāng)，為發(fā)展我國(guó)的科學(xué)技術(shù)和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)做出了貢獻(xiàn)，有過(guò)自己的輝煌。改革開(kāi)放后大量進(jìn)口各種電鏡，促進(jìn)了外國(guó)電鏡公司的發(fā)展，而國(guó)產(chǎn)電子顯微鏡制造業(yè)卻奄奄一息，現(xiàn)在只剩下一個(gè)研制生產(chǎn)單位（北京中科科儀技術(shù)發(fā)展有限公司）還在艱苦奮斗，繼續(xù)生產(chǎn)中檔掃描電鏡”。

　　如今，姚駿恩院士應(yīng)邀到北京航空航天大學(xué)任教。

　　他說(shuō)，“這是我的第四次創(chuàng)業(yè)，我希望重振我國(guó)的電子顯微鏡制造事業(yè)；發(fā)展空間納米測(cè)控技術(shù)，在進(jìn)行太空探測(cè)時(shí)，能夠用上中國(guó)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(shí)現(xiàn)納米量級(jí)的就位測(cè)量。火星上是否有生命需要靠?jī)x器來(lái)探測(cè)和驗(yàn)證。如果把宇宙中的物質(zhì)取回來(lái)，在回到地球再進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中未免會(huì)受到污染，也會(huì)發(fā)生各種各樣的變化。那么哪些是污染？哪些是物質(zhì)本身的呢？需要去偽成真。如果把儀器放在太空直接進(jìn)行原位測(cè)量，就可以減少和避免這類問(wèn)題......”。

從落后到先進(jìn)，爭(zhēng)取部分先超越

　　“國(guó)外對(duì)中國(guó)的策略，一般情況是，你不能制造的精密儀器，他要高價(jià)，甚至不賣給你；當(dāng)你有能力制造時(shí)，他以低價(jià)銷售給你，打垮你，不讓你發(fā)展”。姚駿恩院士一語(yǔ)點(diǎn)破中國(guó)科研儀器發(fā)展面臨的困局。

　　“因此，我們必須自強(qiáng)自立。1956年制定《12年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃》時(shí)，關(guān)于電子顯微鏡，前蘇聯(lián)顧問(wèn)建議中國(guó)不要做。因?yàn)樘珡?fù)雜，我們沒(méi)有任何基礎(chǔ)，直接購(gòu)買他們的產(chǎn)品。但王大珩院士堅(jiān)持我們自己做。1958年，我們做出來(lái)了，但穩(wěn)定性不如國(guó)外產(chǎn)品。”

　　姚駿恩院士認(rèn)為，解決產(chǎn)品穩(wěn)定性問(wèn)題不是一日之功。科研儀器從無(wú)到有，生產(chǎn)高質(zhì)量?jī)x器的關(guān)鍵在于細(xì)節(jié)，需要一整套優(yōu)良的工藝標(biāo)準(zhǔn)。從材料的選擇到加工工藝，每一個(gè)零部件都需要注意，每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要精益求精，才能獲得高指標(biāo)、高可靠性。我們需要一個(gè)打基礎(chǔ)的過(guò)程，而這樣積累的過(guò)程是難以超越的。

　　他告誡說(shuō)，“關(guān)于國(guó)產(chǎn)儀器質(zhì)量不夠穩(wěn)定的問(wèn)題，原因是多方面的。很長(zhǎng)一段時(shí)間以來(lái)，我們追求的是數(shù)量，是在幾年內(nèi)必須完成其他國(guó)家?guī)资晖瓿傻墓ぷ鳌＿@使研究人員免不了在某些方面湊合。因?yàn)橥瓴怀捎?jì)劃，不僅是課題負(fù)責(zé)人的個(gè)人問(wèn)題，而是整個(gè)團(tuán)隊(duì)可能再也得不到經(jīng)費(fèi)支持的問(wèn)題。要做到精益求精應(yīng)該給一些時(shí)間。在研制一臺(tái)儀器過(guò)程中，即使是裝一個(gè)螺絲釘往往都需要修一修。如果用的改錐不合適，螺絲釘?shù)拈_(kāi)口槽就會(huì)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(gè)非常簡(jiǎn)單的零件，但卻很難做好。材料的選擇十分重要，熱處理不規(guī)范，也生產(chǎn)不出批量的高質(zhì)量彈簧。這都需要長(zhǎng)期的積累，包括數(shù)據(jù)的積累，并形成規(guī)范。只有全部配套，才能上臺(tái)階。政府應(yīng)該允許科技人員有時(shí)間積累和細(xì)化”。

　　他說(shuō)，在工廠里，一些老師傅的工具為什么不愿借給別人使用？因?yàn)檫@是他的工作基礎(chǔ)，“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(yīng)手了。

　　他指出，“一個(gè)人浮躁也許是他個(gè)人素質(zhì)不夠高，但成千上萬(wàn)人都表現(xiàn)浮躁，就應(yīng)該深思，是不是評(píng)價(jià)體系、導(dǎo)向有什么問(wèn)題？誠(chéng)然，我們應(yīng)該看到，這些都是發(fā)展過(guò)程中的問(wèn)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(guó)內(nèi)需求，減少對(duì)國(guó)外的依賴，打好基礎(chǔ)，爭(zhēng)取一部分超越，逐步發(fā)展我們的技術(shù)特色，中國(guó)才會(huì)強(qiáng)大起來(lái)”。

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

　　風(fēng)風(fēng)雨雨五十載，電鏡研制夢(mèng)相隨。

　　透射掃描和探針，微觀世界可少誰(shuí)？

　　天地人和今又現(xiàn)，老中青年大有為。

　　苦干求精重實(shí)效，振興科儀展國(guó)威。