光电倍增器

在“纳米”技术愈来愈广泛地开发应用的同时，人们可能会提出这样的问题∶如此微小的“纳米”是用何种科学手段检测的？北京科技大学方克明教授经过20多年的研究，探索出了一种新的方法——— 　　“纳米”这个名词越来越引起人们的兴趣。大家知道“纳米”是一个非常微小的长度单位。具体地说，一纳米约一根头发粗细的万分之一。纳米技术应用到传统产品中，会极大地改善产品的性能。例如，碳纳米管是由一层或若干层碳原子卷曲而成的管状“纤维”，直径只有几到几十纳米。比重只有钢的六分之一，而强度却是钢的100倍。如果把碳纳米管制成绳索，是从月球上挂到地球表面而惟一不被自身重量所拉断的绳索。 　　笔者日前在采访中了解到，北京科技大学冶金学院博士生导师方克明教授经过20多年的研究，在纳米表征技术方面取得了新的突破，探索出了用透射电镜或高分辨电镜对纳米材料进行表征的全新的样品前处理方法。该技术采用金属包埋法可以从纳米材料中切取纳米尺度的薄膜而不会破坏物质的原有组织结构，然后用透射电镜或高分辨电镜研究纳米材料的微观形貌和微观结构。该技术的成功为我国纳米技术的发展提供了一种重要的检测手段，它荣获第十二届全国发明展览会金牌奖并取得了国家专利，目前在国内外处于该领域的领先水平。 　　纳米材料包括纳米颗粒及其以纳米颗粒为基础的材料；纳米纤维及其含有纳米纤维的材料；纳米界面及其含有纳米界面的材料。纳米材料的性能与其微观结构有着重要的关系。因此研究纳米材料微观结构的表征对认识纳米材料的特性，推动纳米材料的应用有着重要的意义。 　　透射电镜是研究材料的重要仪器之一，在纳米技术的基础研究及开发应用中也不例外。但是用透射电镜研究材料微观结构时，试样必须是透射电镜电子束可以穿透的纳米厚度的薄膜。单体的纳米颗粒或纳米纤维一般是透射电镜电子束可以直接穿透的。研究者通常把试样直接放在微栅上进行透射电镜观察。但是由于纳米颗粒或纳米纤维容易团聚，因此，用这种方法常常得不到理想的结果，有些研究内容也难以实施。比如∶纳米颗粒的表面改性的研究，纳米纤维的横切面研究都比较困难，研究界面问题则有更大的难度。因此，纳米材料的透射电镜研究，其样品制备问题是一个值得探讨的重要课题。目前，国内外已有一些比较成熟的方法可以把相对宏观的试样即用普通方法可以切割、磨抛的试样制成透射电镜电子束可以穿透的薄膜；但是，还没有其他成熟的技术可以把相对微观的试样即用普通手段不能直接切割、磨抛的试样制成透射电镜电子束可以穿透的薄膜。有些研究工作为了采用透射电镜这一重要手段，把试样研磨成透射电镜电子束可以穿透的超细颗粒，这不仅破坏了试样的原位组织，而且由于超细颗粒很难分散，常常得不到满意的研究结果。对此，方克明教授进行了研究，探索了一种比较适用的制样方法。该方法可以从纳米颗粒或微米颗粒中直接切取可以进行透射电镜研究的薄膜，对进行纳米纤维横切面观察或纳米界面观察的制样也有很高的效率。 　　这一技术的特点是从纳米或微米尺度的试样中直接切取可供透射电镜或高分辨电镜研究的薄膜。试样可以为简单颗粒或表面改性后的包覆颗粒，对于纤维状试样，既可以切取横切面薄膜也可以切取纵切面薄膜。对含有界面的试样或纳米多层膜，该技术可以制备研究界面结构的透射电镜试样。技术的另一重要特点是不损伤试样的原始组织。制膜过程中不使用高温，不接触酸碱，必要时也可以不接触水或水溶液。特别需要指出的是，实现这项技术的实验设备很容易获得，且操作简捷，容易掌握使用，无需严格培训，因此非常便于推广应用。 　　在谈及这项技术创新意义的时候，方教授举了个例子。迄今为止，报道碳纳米管的研究文章很多，而报道实心碳纳米纤维的研究文章却很少。这也许是客观事实，但也有可能是一种假象。因为有些纤维由于内外层结构不同，往往容易把实心纤维描述为管状纤维。因此在研究微米级尺寸的纤维时，如果不能从纤维中直接切取可供透射电镜研究的纳米级厚度的薄膜，用透射电镜研究其微观结构是有困难的。而方教授开发的这一方法正好解决了从微米级、纳米级纤维试样中切取可供透射电镜研究的薄膜这一技术难题。 　　据方教授介绍，现在上述技术已广泛应用于多项课题研究，如：沸石颗粒中半导体纳米团簇组装过程的研究；纳米碳纤维微观结构的高分辨电镜研究；纳米颗粒微观结构与尺寸的表征；多层膜层间结构的透射电镜研究；粉体颗粒表面改性的研究；电容钽粉颗粒渗氧层及介质膜的研究；铸铁中各种石墨微观结构的研究等。 　　结语：随着分析仪器自动化程度的日益提高，样品前处理技术在分析测试过程中占有越来越重要的位置，样品处理的好坏直接影响到最终的分析结果，因此，可以这样认为，精当的样品制备方法已成为当今材料表征技术的“倍增器”。 　　联系电话：010-62332426　　E-mail：FKM66@Hotmail.com　　单位地址：北京科技大学理化系

2021年6月，中国分析测试协会标准化委员会组织了以张新荣教授为组长的“仪器及零部件性能测试方法标准工作组”，对中国电子科技集团第四十四研究所及钢研纳克检测技术股份有限公司在完成《国家重大科学仪器设备开发专项》项目时制定的《电子倍增电荷耦合成像器件光电性能通用测试方法》CAIA标准草案和编制说明，进行了网上审议。“仪器及零部件性能测试方法标准工作组”的专家审了标准草案和编制说明，提出了修改意见，同意将修改后的标准草案和编制说明提交CAIA标委会全体委员进行审议。中国分析测试协会标准化委员会秘书组将修改后的标准草案和标准草案编制说明，用电子邮件发给中国分析测试协会标准化委员会的一个委员进行审议。在规定的审议时间内，委员们在同意该标准草案的前提下，对标准草案和编制说明提出了一些修改意见。标准草案的起草人根据委员们提出的修改意见，对标准草案再次进行了修改，形成了“CAIA标准”的正式文本，报中国分析测试协会标准化委员会主任委员张玉奎院士审批。经张玉奎院士审查同意，现将该“CAIA标准”正式发布。附件：《电子倍增电荷耦合成像器件光电性能通用测试方法（发布稿）》.pdf

光电倍增管　　11月25日，由中国科学院高能物理研究所(以下简称高能所)牵头成立的微通道板型大面积光电倍增管研制合作组(以下简称合作组)宣布，国内首条年产7500支的20英寸微通道板型光电倍增管生产线建成运行。未来两年内，中国兵器工业集团北方夜视技术股份有限公司将为中科院战略性先导科技专项——江门中微子实验提供1.5万支该产品。　　该生产线的建成及运行，标志着20英寸新型光电倍增管正式进入批量生产阶段，它不仅是产学研有机结合的范例，也将为我国在中微子实验的研究领域再登高峰夯实基础。　　中微子看不见摸不着，只参与弱相互作用，即便是与液体闪烁体相互作用也只产生很少的光子，极难探测。要想探测中微子，就需要极弱光探测技术即光电倍增技术，该技术可以检测微弱光信号，具有极高的灵敏度和超快的时间响应，就像猎手敏锐的猎眼。　　“20英寸新型光电倍增管代表着光电倍增管的最高技术水平。”高能所所长王贻芳告诉《中国科学报》记者，光电倍增管是粒子物理及核物理实验的关键通用部件，其主要作用是将光信号转换为电信号。　　据悉，2008年，在高能所提出大亚湾中微子实验二期实验(现更名“江门中微子实验”)设想时，大亚湾中微子实验所用的2000多支8英寸口径光电倍增管由美国合作者从日本购买。　　在此背景下，高能所决定启动新型光电倍增管的预研并希望实现国产化。2011年底，由该所牵头，并与北方夜视技术股份有限公司、中国科学院西安光学精密机械研究所、中核控制系统股份有限公司和南京大学等单位组成合作组。　　合作组用4年时间，攻克了高量子效率的光阴极制备技术、微通道板、大尺寸玻壳等多个技术难点，最终研制出量子效率、收集效率和单光电子峰谷比等关键技术指标达到国际先进水平的样管。　　记者了解到，江门中微子实验计划将于2018年底启动光电倍增管安装工作，并预计于2020年前后开始中微子实验的数据采集工作。