刘维民

p 　　记者5月1日从中国科学院兰州化学物理研究所获悉，国家重大科研仪器研制项目——“模拟空间环境下摩擦试验原位系统的研制”，成功地实现了模拟空间环境下摩擦试验原位分析功能，为准确获取模拟空间环境下摩擦试样的物理与化学信息提供了一种新颖而可靠的分析测试手段。该项目由中科院院士、中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室主任刘维民研究员主持。4月27日，该项目通过了国家自然科学基金委员会组织的结题验收评审并获得“优秀”。 /p p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/1e721bfc-79e4-43a5-bdaa-c718fed21bf7.jpg" title=" 1.png" / /p p 　　据介绍，空间摩擦学是摩擦学的重要分支，主要研究空间环境下摩擦学性能演变规律及其影响机制，涉及物理学、化学、材料科学、机械科学和空间环境工程学等学科，是一个多学科交叉、基础研究和工程应用并重的研究领域，相关研究对于保障航天工程可靠性具有重要意义。上世纪六十年代空间摩擦学就已经引起了国际航天界的广泛关注，美国、欧洲、日本、俄罗斯均已建立了相对完备的空间摩擦学研究系统，而我国该领域的研究则相对滞后，直到上世纪九十年代中期相关实验条件仍然比较匮乏。 /p p 　　 strong 该项目针对国内空间摩擦学研究对试验条件的迫切需求，将X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶变换红外光谱(FT- IR)、质谱(MS)和显微光学分析(MPA)等先进分析技术与超高真空、交变温度、辐照(原子氧、紫外、质子和电子)等多种空间环境模拟技术及球-盘摩擦试验技术优化集成，成功地实现了模拟空间环境下摩擦试验原位分析功能，从而有效地避免了以往空间摩擦学研究中大气环境对摩擦表面的影响，为准确获取模拟空间环境下摩擦试样的物理与化学信息提供了一种新颖而可靠的分析测试手段。 /strong /p p 　　刘维民院士带领的空间摩擦学研究团队始终面向国家航天工程对空间润滑的重大需求，着眼国际空间摩擦学研究发展前沿。自从1998年以来，该团队在国家自然科学基金委员会、科技部、国防科工委(局)和中国科学院等部门的大力支持下，经过20年持续不懈的努力，研制成功一系列具有自主知识产权的空间摩擦学专用试验装置，建立起了比较完备的空间摩擦学研究平台，发展了系列化空间润滑材料与技术，成功地解决了我国航天工程中的润滑问题，为保障国家航天事业的发展做出了重要贡献。 /p

反刍，是指在进食一段时间后将胃中半消化的食物再次返回嘴中咀嚼并返回胃中的现象，反刍对于一些食草动物具有重要的意义。瘤胃，是反刍动物的第一胃，是一个天然的降解纤维物质的发酵罐，对反刍现象的研究有利于深刻了解反刍动物的营养学特性。目前，一般有三种方法研究瘤胃发酵，第一种是活体研究，即在选定的动物胃部手术钻孔，将饲料放入其中，定期取样分析；第二种是将新鲜瘤胃取出并放入一个容器内，往瘤胃内放入饲料，研究饲料的消化特性；第三种是模拟实验，将人工唾液、各类微生物等和饲料混合，在一个发酵罐内模拟实验。其中，第一种方法最具真实性，研究数据也可靠，但是成本最高，且操作难度较大；第二种方法比较可靠，第三种方法操作相对简便，二者均适用于大批量模拟研究。采用体外瘤胃发酵实验研究反刍动物的产甲烷规律，产气量的测量是一个关键因素。目前常采用的方法有压力法、注射器法、排水法等测量手段，这些方法或多或少存在一些问题。比如人工量较大，主要表现在反应瓶多比如几十或几百个、采样间隔时间短比如2h采一次样；测量准确度较低，比如测试周期3天，总产气量只有几十或几百毫升，排水法或者压力换算法存在一定的误差。RTK自主研发生产的微量气体流量计（SGMC）非常适合于瘤胃发酵产生的甲烷测量，具有如下特点：（1） 测量精度0.03 mL或者0.1 mL可选，在常压下测试，无需启动压力；（2） 软件自动实时记录、存储数据，采样间隔低至每分钟，特别适合于细节研究；（3） 测量完后的气体可以无损收集，进一步测试气体组分；（4） 通道数可以串联拓展，特别适合多组平行试验，提高实验效率。洛克泰克仪器股份公司（RTK公司）是国家高新技术企业，基于自主知识产权研发生产了超微量气体流量计SGMC、非真空多通道光解水制氢系统RTK-Solar、化学催化产氢系统等产品，均已发表相关SCI论文，欢迎大家垂询！

上世纪七十年代初，CEM公司将微波技术成功应用于化学领域。历经30多年的发展壮大，当前的微波化学已经成为一门新兴的实验性前沿交叉学科。微波化学在广泛的实际应用中显示出强大的生命力，许多人称其点燃了“新化学动力学”的希望。而谈到微波化学，就不得不谈到被称为微波技术创始者和领导者的CEM公司。 　　CEM一直以创新的微波技术为导向，拥有世界微波化学研发领域近90%的专利技术(300余项)，其新产品曾11次荣获R&D100技术创新大奖，如，1998年的Mars高通量密闭微波消解系统、2003年的环形聚焦单模技术等。 美国CEM公司亚太区总裁兼培安公司总裁刘伟先生 　　2010年3月20日，仪器信息网编辑针对微波化学的发展历程、未来发展趋势以及CEM公司与培安公司的合作模式等，采访了美国CEM公司亚太区总裁兼培安公司总裁刘伟先生。 刘伟先生谈微波化学发展历程与趋势 　　刘伟先生首先介绍，“众所周知，新产品、新技术被人们接受、认可以及市场的拓展等需要一定时间，而CEM为了微波化学仪器与技术的发展，付出了大量的努力和心血；如80年代，CEM出资、提供仪器，与美国的EPA合作制定了U.S.EPA 3015、3051、3052、3546等标准，为今后更多厂家进入微波化学市场铺平了道路。” 　　“CEM公司通过近20年时间的努力，使微波化学仪器从‘无人问津’到今天的‘家喻户晓’。截止目前，CEM在全球已拥有近八万家用户，销售总额约占世界微波化学市场的80%。CEM公司的发展历程也可以说是微波化学仪器与技术的发展历程。” Mars高通量密闭微波消解系统 　　单模微波：“质”的转折点 　　“较早出现的多模微波技术与家用的微波炉发射技术属于同一类型，采用多模微波技术的微波消解，主要进行‘破坏性反应’，只要微波能量足够强大，‘打破’化学键即可，而重复性是通过充分‘破坏’来实现的，相对于合成反应，消解的要求要简单的多。” 　　“合成化学通俗的说是将两个分子用键连接起来的‘建设性’工作，因此，如何提高微波能量的精确性是解决为微波合成化学问题的关键。上世纪90年代，CEM公司与法国Prolab公司合作推出了‘驻波单模微波化学技术’，反应的精确性得到了显著提高，在合成化学领域迅速得到广泛应用。” 刘伟先生介绍。 　　“但驻波单模技术也存在明显的缺点，如反应腔体积只有30ml，限制了反应扩大、加气反应、机械搅拌、循环回流、连续流动等，不能满足合成反应多样性的要求。” 　　环形聚焦单模微波：“革命性”的飞跃 　　CEM公司在驻波单模微波的基础上推出了“Discover 环形聚焦单模微波微波合成系统”采用特殊11通道自动调节专利技术，环向进行聚焦辐射，改善了因为样品反应物形状和极性所引起的聚焦位移，不仅提高了10倍的微波能量耦合的精确性，而且使单模谐振腔体积从30mL扩展到300mL。2003年7月，该技术荣获R&D100技术创新大奖。 Discover SP 300ml环形聚焦单模微波合成平台 　　环形聚焦单模技术使微波化学从简单的破坏性反应进入到多样性的合成反应，缩短了合成反应时间，使反应效率提高了几百倍。例如，60年代，中国曾经以“举国之力”合成胰岛素，多个科学家历经2-3年的时间合成了38个肽。随着微波化学技术的迅猛发展，2008年，在CEM公司的Liberty全自动流动微波多肽合成平台基础上，澳大利亚墨尔本大学创造了一天时间内就合成出111个肽的世界新纪录。 　　谈及环形聚焦单模技术未来发展方向时，刘伟先生认为，“未来，环形聚焦单模技术将在继续增大化学反应量和化学反应多样性方面不断改进 另外，在低温化学动力学研究领域，环形聚焦单模也已经取得了重要进展，其突破了传统热化学的温度范围，改变了分子动能分布研究方式，为未来微波在各领域中的应用提供更广阔更好的发展前景。” 　　微波化学发展趋势：“微波合成技术是未来发展热点，将推动理论化学的突破” 　　谈到微波化学技术未来发展趋势时，刘伟先生指出： 　　(1)微波消解，仍然会以多模微波技术为基础，未来将以更高通量、高效率为发展目标，同时更加关注安全问题。 　　(2)微波萃取，主要方向是目前非常热门的形态萃取和天然产物萃取，因为元素形态不同，其物化表现可能完全不同，而萃取不同形态元素的关键，是需要非常精确的微波能量辅助，如能量稍有误差就可能破坏元素形态，所以，微波萃取将在目前已起步的形态萃取技术基础上，继续深入研发、发挥作用。 　　(3)微波合成，如今，微波化学技术在合成化学、理论化学领域中有着广泛的应用前景。CEM公司希望，不久的将来，利用微波化学分子动力学研究平台，理论化学领域将有重大的突破。 　　如，人工手性合成反应的结果中经常是旋光性异构体左、右旋分子处于平衡状态，不同于自然界所形成的选择性的具有生命活性左旋或右旋分子的分布，这是手性合成化学目前所遇到的难题，如果微波能够提供有序、稳定的能量，从而有目的的得到我们所需要的旋光性异构体，微波化学将为这个领域做出很大贡献。 　　刘伟先生发表了其对于微波化学市场前景的看法： 　　(1)微波消解、微波萃取，市场竞争激烈，市场需求量增长稳定，不会出现很大的突跃，由于技术发展已相对成熟，已成为一个“成熟市场”。 　　(2)微波合成，由于药物研发等领域快速发展，与其相关的外包企业、高校、科研机构的合成化学研究迅猛发展，因此微波合成的市场潜力很大，但目前市场总量还不能与样品前处理相比。 一种全新代理合作：培安与CEM的“family”模式 　　大家一直都很好奇，培安公司是一个什么样的公司?它的历史是怎样的?以及培安公司与CEM公司之间代理合作的具体模式如何? 　　培安与CEM历史渊源：起源于培安的兄弟公司——贝尔德公司 　　培安公司于1988年成立，与曾经著名的美国贝尔德公司属于同一董事管理层的兄弟公司。CEM公司的创始人Dr. Michael Collins在美国雷索公司工作时期，就与贝尔德公司的许多重要人士建立了良好的关系，当时CEM公司的许多董事同时也担任贝尔德公司和培安公司的董事。在1995年贝尔德公司被原热电公司收购后，其副总裁 Ken Collins加入CEM公司任国际部总裁，通过Ken的介绍，刘伟先生也开始了为CEM公司工作的历程。 　　培安公司已进入中国市场多年，其金融广告和机械设备的业务，在市场上有很高的影响力；因此，CEM公司在以何种方式进入中国市场的问题上，首先想到了培安公司，经过多次协商，CEM公司最终确定以培安公司为平台的模式在中国开展业务，而非自己在中国直接设立CEM办事处。 　　“family”模式：利益共享、分工合作 　　“与其他供应商与代理商之间的关系完全不同，CEM和培安的关系，可简单的比喻为‘family’的代理关系，因为CEM公司拥有培安公司的部分股权，二者背后有着共同的资金和管理来源，彼此相互依赖。” 　　“CEM公司需要了解中国、理解中国文化的团队来帮助其开展中国业务，培安的出现使CEM公司不必花费精力管理代理公司，两者利益共享、分工合作，所以不会存在CEM公司越过培安公司而在中国直接开展业务的情况。” 　　“虽说培安公司熟悉CEM公司产品的市场、掌握了其核心技术资源、拥有了应用技术人才，但培安公司在开展CEM业务时，完全为CEM的发展考虑，卖CEM的产品就像在卖自己的产品一样。并且培安在选择其他合作伙伴时，会围绕着CEM产品的应用领域而做出计划。” 　　刘伟先生谈到下一步发展时，提及了其正在与CEM总部商讨，在中国成立微波化学研发中心、建立CEM的生产工厂的计划，这样可以与亚太区的用户更贴近、更充分进入细分市场，降低生产成本、销售费用，并且进行合理的技术分工。 　　谁会是培安的下一个“CEM”? 　　CEM公司中国业务在其全球业务中占据相当大的份额，在中国，90年代初年销售只有10套左右，现在年销售700-800套仪器，可以说CEM在中国市场是非常成功的。培安公司有能力在中国培养出一个成功的CEM，那么培安公司也完全有能力培养出第二个、第三个“CEM”，未来二、三年间，培安公司是否计划培养下一个“CEM”呢? 　　刘伟先生对此的看法是，“培安公司选择合作伙伴时非常谨慎，如果技术、产品，特别是管理理念等方面都合适，我们也会考虑‘培养’下一个CEM。” 　　“在和CEM的‘family’合作模式之外，培安与其他供应商还有其他形式的代理合作关系，如，通过知识产权保护的合作关系。培安与另一个重要合作伙伴Eralytics公司一起开发、生产、并在全球销售石油和石化产品的测试仪器，培安应用Eralytics的仪器，提供计算方法，建立数据库，培安公司在其中拥有知识产权。” 　　后记 　　目前，微波化学技术还处于初级发展阶段，在基础理论和应用研究方面还存在许多有待解决的问题 同时，分析工作者对微波化学技术的理解和需求也同样处于初级阶段，也就是说，人们对微波化学的潜力认识尚浅，由此产生的技术需求尚未成熟。 　　对此，刘伟先生强调，“需要大量的宣传工作来增加大家对微波化学技术的认识和理解，欢迎更多的微波化学技术仪器厂商进入竞争，从而增加微波化学的市场影响力。” 　　“并且，希望更多的化学家参与到微波化学的研发工作中来，在量子级别进行微波化学基础理论工作的研究。借鉴获得诺贝尔化学奖的激光分子动力学的研究经验和思路，我们有理由相信，在理论微波化学领域存在大量科学发现和突破的机会。” 　　采访编辑：刘丰秋 　　附录1：培安公司 　　http://www.pynnco.com/ 　　http://peian.instrument.com.cn 　　附录2：CEM公司微波化学仪器与技术发展历程中重要的“里程碑”技术 　　1972年，推出第一台微波干燥系统； 　　1976年，推出第一台微波密闭消解系统(多模微波)使微波进入了元素分析化学领域；第一次提出非脉冲连续微波技术，到目前为止仍是CEM的独家专利，已成为市场上各种仿冒CEM产品的虚假宣传焦点； 　　1979年，与加拿大环保局合作推出第一台专利的微波快速溶剂萃取系统，使微波进入了化合物分析领域，它的使用效果远远好于高温高压的快速溶剂系统； 　　1988年，与惠普合作推出第一台微波蛋白水解系统； 　　1989年，首次发明了微波马弗炉，使升温和灰化速度显著提高，样品可不经炭化一次完成灰化，使分析时间缩短数十倍，目前其许多性能仍然是独一无二的； 　　1996年，推出第一台(双球哑铃电磁场驻波单模)大样品量250ml处理系统，解决了大样品痕量元素的检测； 　　2002年，推出了300ml的环形聚焦单模微波系统用于合成化学，是微波硬件技术重大突破，它几乎扩大了10倍的传统驻波形单模的腔体体积。不仅彻底解决了合成化学的单模能量精确性要求，又解决了反应多样性平台的要求，为微波化学彻底进入各多样性合成化学领域的应用奠定了基础。