当前位置: 仪器信息网 > 行业主题 > >

白色晶体

仪器信息网白色晶体专题为您整合白色晶体相关的最新文章,在白色晶体专题,您不仅可以免费浏览白色晶体的资讯, 同时您还可以浏览白色晶体的相关资料、解决方案,参与社区白色晶体话题讨论。

白色晶体相关的资讯

  • 郭建刚:新时代“晶体人”
    晶体学,这个最初为窥探物质原子结构和排列方式而形成的一门学科——至今有100余年历史,且已获颁23项诺贝尔奖。然而,这门学科的基础研究犹如科学界的一门“古老手艺”,人才渐缺、关注渐少。  郭建刚是个“逆行者”。这个中国科学院物理研究所“80后”研究员执着地相信:百余年来沉淀下的晶体学知识在当今依然具有强大生命力,“认识全新物质体系,要回到最根本、最基础的结构。虽越基础、越困难,但也越重要。”  传统科学与新月的碰撞  正如月球研究,晶体科学就提供了新视角,而后获得了新发现。  2020年,我国嫦娥五号从月球背面带回1731克的月壤样品。经过激烈地竞争答辩,郭建刚所在的先进材料与结构分析实验室获得了1.5克的月壤样品。  拿到珍贵的最新月壤样品,郭建刚抑制不住内心地兴奋,这是他的研究课题第一次触及“太空”。  “月球土壤与我们在地面上看到的土壤类似,是一些矿石经过不断风化,逐渐变成细碎的土壤。”郭建刚介绍。  与大多形态形貌研究不同,他们想借助自身优势,在更深、更细处探索未知,剖析月壤内部结构与原子分布状态,试图“见微知著”,了解太阳风化和月球演变等。  装在白色透明小瓶里,月壤犹如碳粉一般,呈黑色粉末状。郭建刚首先要做的是“挑样”——在数十万个颗粒中挑出微米级大小的晶体,这是项考验耐心的技术活。  晶体的大小约等于一根头发丝直径,郭建刚站在手套箱前、紧盯着显微镜,寻找着在特殊灯光照射下反射亮光的晶体,然后屏住呼吸,利用一根纤细挑样针的静电效应,小心翼翼“粘”出。  他和学生两人一组,反复这一连串动作,每次需要持续3小时。为保证安静环境,他们常常在深夜工作,结束时身体僵直、眼睛酸胀、几近“崩溃”。  实验室窗台上的几盆被拔“秃头”的仙人球见证着他们的付出,他们需要使用仙人球的刺来“粘”住微米级晶体,放置在四圆衍射仪和高分辨透射电镜上测试晶体结构。  郭建刚知道,我国嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩,且取样点的纬度最高,为探究月壤在太空风化作用下的物质和结构演化提供了新机会。挑选样品的质量,在一定程度上或许决定了能否把握住这次机会,因此,必须仔细再仔细。  郭建刚和团队在月壤样品中找到了铁橄榄石、辉石和长石等晶体,经过测试,在铁橄榄石表面发现了非常薄的氧化硅非晶层,这其中包裹着大小为2到12纳米的晶体颗粒,通过系统的电子衍射及指标化、高分辨原子相和化学价态分析,确认它们是氧化亚铁,并非此前在其他月壤样品中发现的金属铁颗粒。  他们还在铁橄榄石中还观察到了分层的边缘结构,这种特殊的微结构首次在月球土壤中看到。  扎实的数据得到了美国行星之父、匹兹堡大学地质与行星科学系教授Bruce Hapke的肯定:“这种橄榄石晶体的边缘结构是独特的。”  “我们确认了铁橄榄石在太空风化作用下出现了分步分解现象。通过表面微结构和微区晶体结构分析,我们首次在铁橄榄石的边缘确认了氧化亚铁的存在,表明矿物在风化过程中,经历了一个中间态,而非一步到金属游离铁,这将有利于进一步理解月球矿物的演变历史。”郭建刚说。  越基础,越重要  2008年,从吉林大学硕士毕业,郭建刚来到物理所跟随陈小龙研究员攻读博士学位。在团队里,他感受到的第一个研究“逻辑”就是,要想得到或利用一个材料,首先要想办法弄清楚材料最基本的晶体结构,理解原子之间的排布与结合方式。  “是什么、为什么、能做些什么,这是我们要探索全新体系时要回答的三个基本问题。”他至今记得,博士期间,按照这条“底层逻辑”,做出了第一个让他惊奇的超导新材料。从此,他便更加热爱晶体科学。  “晶体,尤其是超导这类单晶,非常重要,在电力运输、磁悬浮等有着广泛应用,若原子微观结构不清楚,很难理解和优化其物性,离应用就更远了。”郭建刚说。  的确,对物质晶体结构的了解,有助于在物质内部微观结构、原子水平的基础上,阐明物质各种性能,并为改善材料的性能、探索新型材料和促进材料科学的发展提供重要科学依据。  10余年来,郭建刚一直牢记着这个“逻辑”。他以探索电磁功能材料和生长晶体为主要方向,以理解晶体结构为出发点,研究材料的物性和晶体结构之间的关系,取得了诸多重要成果。  2010年,还在读博期间,郭建刚在国际上最早制备出了碱金属钾插层铁硒超导体系,其最高超导转变温度为30 K,创造了当时常压下FeSe基化合物超导转变温度的最高纪录。  该成果开辟了国际铁基超导研究的新领域,所开创的研究方向‘Alkali-doped iron selenide superconductors’被汤森路透《2013研究前沿》和《2014研究前沿》列为物理学10个最活跃前沿领域之首和第7名,将其发展成了与铁砷基并列的第二类铁基高温超导体。  他成功地解决了较小尺寸碱金属钾插层铁硒的难点,制备出了纯相的钠插层铁硒超导体,进一步将超导转变温度提高至37 K。  弄清晶体结构,会大大缩短新型材料探索时间、加速解决实际问题。  郭建刚介绍,用传统方法合成一个新材料,需要不断地试,因为不知道哪些组分、温度等合适,试的足够多,可能会碰到一个新的,但试错法效率低、成本高。而弄清楚了晶体结构,就能了解某一类材料中物性的决定性单元(也称功能基元),再以此为基础,发展新的材料体系,“比如要制备一个新材料,有3个组分,通过晶体结构分析,我们能发现决定材料物性的功能基元,就能够以相应的物性为导向,高效地探索新材料和新效应。”  即以不同功能基元为基础,调控基元的排列方式,或通过调控功能基元里配位的原子种类和数目来改变其电子结构,制备新高温超导晶体体和诱导新效应。  基于这一思路,由陈小龙牵头,郭建刚作为第2完成人所承担的挑战性课题“基于结构基元的新电磁材料和新效应的发现”,荣获2020年度国家自然科学二等奖,这项成果解决了由功能基元出发、高效探索新材料和新效应的若干关键科学问题,推动了无机功能材料科学的研究与发展。  肩负重任的新生力量  在先进材料与结构分析实验室,作为青年科学家的郭建刚,肩负延续学科发展与服务国家需求新的重任。  “老一辈科学家的事迹和精神始终鼓舞着我。”郭建刚说。“陆学善院士和梁敬魁院士分别是中国著名的晶体物理学家和晶体物化学家,导师陈小龙除了在晶体结构分析和单晶生长具有深厚的学术功底,也是推动碳化硅晶体从基础研究到产业化的先行者之一。  让郭建刚感触最深的是,老师们总是以一丝不苟的态度,对待基础研究,即使看似很小的工作也做得非常扎实、严谨。  他一直记得陆学善先生和梁敬魁先生的一个科研故事,上世纪60年代,梁敬魁回国来到物理所,与陆学善合作开展了铜-金二元体系超结构研究,为了达到合金的平衡态,需要诸多工艺,单是退火处理这一个工艺过程,就需要六个月或者一年时间。他们耐住寂寞,几年之后,获得了一系列长周期的超结构相,其中有的是国外研究者已经研究多年,却始终没有观察到的现象。  “在很多人看来,这样的研究方法可能比较‘原始’,但恰是这种方法,为科研打下了扎实的基础,产出了诸多原创性成果。”郭建刚说,耐心、潜心是他从老先生那里学到的科学精神。  在郭建刚看来,今天,研究组在晶体生长领域产生了多项引领性的工作,尤其在碳化硅宽禁带半导体生长与新功能晶体材料探索方面,都是在多年的基础研究积累上取得的。  碳化硅是一种重要的宽禁带半导体,具有高热导率、高击穿场强等特性和优势,是制作高温、高频、大功率、高压以及抗辐射电子器件的理想材料,在军工、航天、电力电子和固态照明等领域具有重要的应用,是当前全球半导体材料产业的前沿之一和国内“十四五”规划重点攻关的半导体材料之一。  然而,一直以来,用于应用研究的大尺寸单晶存在较多难以突破的关键科学和技术问题,严重影响器件性能,诸多关键技术和设备面临着国外封锁。  近年来,针对相关难题,在陈小龙的带领下,郭建刚在扎根基础研究的同时,与团队共同推动研究成果产业转化,获得了2020年度中国科学院科技促进发展奖。  “最大的挑战是基础研究领域的突破,在晶体研究领域,我们还需要更细致、更系统和更‘原始’的研究。”郭建刚深知,基础科学问题的突破将会极大地提高晶体的质量和应用范围,给学术和产业界带来巨大变革,但攀登科学高峰这条路必定不轻松,还好,有热爱,可抵漫长岁月。
  • 天津爆炸现场现白色晶体 遇水立即燃烧
    p style=" TEXT-ALIGN: center" img title=" 44.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201508/insimg/4c6d9404-6ff7-4f96-96ac-13d87238dda1.jpg" / /p p style=" TEXT-ALIGN: center" 消防员将矿泉水倒在疑似危化品残留物上,该物体冒出气泡后迅速爆燃。 /p p   8月14日下午2时许,新京报记者在距离爆炸点西侧100米的海滨高速桥底下,看到一滩黑色疑似危化品残留物,约两只鞋子大小。一名消防人员正在往疑似危化品残留物上倒水。 /p p   新京报记者注意到,水一倒下该物体便冒出气泡,发出如打开可乐时的“呲呲”声。随后燃起火苗,冒出白烟,伴随火星四溅发出较大的爆炸声。此时火星四溅的场面与12日晚网友拍摄的爆炸场景相似。 /p p   在这条长约一两百米长的马路上,消防队员共发现7到8处相似的危化品残留物,很多都已挥发掉仅剩痕迹。据现场消防队员介绍,这些危化品残留物,应该是爆炸时抛洒出来的。 /p p   目前,现场消防队员准备用土掩埋残留物。 /p p   在14日上午举行的新闻发布会上,天津市环保产业协会专家王连卿在面对“如果下雨,氰化钠遇水是否会对市民产生影响”一问时回答,“现场完全封锁,所有溶解性化学物质,都会存留在现场。一般的雨不会造成影响。” /p p /p
  • 清华大学新成果:同时实现深亚埃分辨的原子结构成像和亚纳米分辨的晶体取向成像
    近日,清华大学材料学院于荣教授课题组与李千副教授课题组在晶体取向成像方法和位错三维结构研究中取得进展。该研究基于课题组近期发展的自适应传播因子叠层成像方法,在自支撑钛酸锶薄膜中同时实现了深亚埃分辨的原子结构成像和亚纳米分辨的晶体取向成像,并揭示了钛酸锶中位错芯在电子束方向的结构变化。晶格缺陷是材料中的重要组成部分。相对于完美基体,缺陷处的对称性、原子构型、电子结构都发生变化,在调节材料整体的力学、电学、发光和磁性行为方面发挥着关键作用。然而,缺陷处的对称破缺和原子的复杂构型也给缺陷结构的精确测量带来障碍。比如,位错附近不可避免存在局域应变和晶体取向变化,但是用高分辨电子显微学表征晶体中的原子构型又要求晶带轴平行于电子束,否则分辨率会显著降低。这个矛盾一直是位错原子结构的实验分析中难以克服的困难。研究组通过自适应传播因子多片层叠层成像技术研究了钛酸锶中位错芯的原子结构。如图1所示,研究成功地将晶体倾转从原子结构成像中分离出来,同时实现了达到深亚埃分辨率的原子结构成像和亚纳米分辨率的晶体取向成像。图1. SrTiO3中位错的结构像和取向分布。a、叠层成像的重构相位。b、图a中相位图的衍射图,黄色虚线表示0.3Å的信息极限。c、叠加相位图的晶体倾转分布,白色箭头表示[001]方向在平面内的投影,黄色箭头表示位错核的横向移动。d、晶体在[100]和[010]方向的倾转的分布。标尺长1nm在图1中,位错芯看起来范围很小,只有一两个单胞。这种衬度在位错的高分辨成像中很普遍,人们通常认为这样的位错是沿着电子束方向的直线。然而,应用多片层叠层成像的深度分辨能力,可以看出该位错并不是一根直线,而是随着样品深度发生横向位移,形成位错扭折,如图2所示。图2. 刃位错的三维可视化。a、刃位错的相位图;标尺长5Å。b、图a中用A-B标记的分裂原子柱相位强度的深度变化。c、Sr、TiO和O原子柱的相位强度的深度分布。d、深度分别为2.4nm、6.4nm和12.0nm的相位图;标尺长5Å。e、图d中标记的原子柱的相位随样品深度的变化。f、位错扭折示意图该研究还比较了叠层成像和iCOM技术(其简化版即常见的iDPC技术),结果显示叠层成像在横向和深度方向的分辨率都显著优于iCOM和iDPC,如图3所示。图3.多片层叠层成像和系列欠焦iCOM的深度切片。a、多片层叠层成像和iCOM的深度切片;从上到下,切片深度分别为1nm、4nm和11nm;标尺长5Å。b、沿着位错扭折的势函数和相位图的横截面;从左到右分别是用于生成模拟数据集的势函数、多片层叠层重构的相位和系列欠焦iCOM相位;可以看出,iCOM的模糊效应显著大于叠层成像。c、图b中所示的原子柱的相位随样品深度的变化。黑色垂直虚线表示沿原子柱的转折点的真实位置(与图b中白色虚线所示位置相同);可以看出,iCOM在深度方向的模糊效应也大于叠层成像研究总结了多个位错芯的深度依赖结构与晶体取向分布,揭示了位错移动与薄膜形变方式的相互关系。如图4所示,当薄膜绕位错的滑移面法线方向扭转时,位错滑移;当薄膜绕位错的滑移面法线方向弯曲时,位错攀移。图4. SrTiO3中多个位错的晶体倾转分布。a、包含三个位错的区域的相位图。b、对应图a中区域的晶体倾转分布,其上叠加了相位图;黄色箭头表示位错的横向移动方向。图a和b中的标尺为15Å。c、晶体倾转与位错横向位移的相互关系;晶格矢量c由于倾斜矢量t变为c’,即c’=c+t;黑色方块用于说明应变状态;左边为扭转,右边为弯曲;在两种形变模式中,薄膜上部和下部的应变都是反向的,对应位错向相反方向的横向移动。图b中左上角的位错和图2中的位错对应于扭转模式;图b的中心和右上方的位错对应于两种模式的混合研究结果以“晶体取向的亚纳米尺度分布和钛酸锶位错芯的深度依赖结构”(Sub-nanometer-scale mapping of crystal orientation and depth-dependent structure of dislocation cores in SrTiO3)为题于1月11日发表在学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)上。清华大学材料学院2018级博士生沙浩治、2022级博士生马云鹏、物质科学实验中心工程师曹国平博士、2019级博士生崔吉哲为共同第一作者,于荣教授与李千副教授为共同通讯作者。物质科学实验中心程志英高级工程师在实验数据采集中提供了重要帮助。该研究获得国家自然科学基金基础科学中心项目的支持。
  • 拉曼毒品分析仪:神奇的白色小粉末居然有泡沫
    朋友跟我讲了个公司老宋的故事,说是中国版绝命毒师。 老宋是厂子特聘的化学专家,年薪二十几万,却开一辆临近报废的破桑塔纳。我问他为什么,他笑着打哈哈,答非所问,直到和他交往久了,我才明白其中的原因。老宋缺钱,很缺钱。后来我们这才知道,老宋的两个儿子都不成器。 有一天他带来一袋白色粉末,让我猜是什么东西。“这是……毒品?”我开玩笑。老宋一愣,随即哈哈大笑:“扯咧,洗衣粉!”老宋向水盆里倒了些粉末,晃了晃,果然漾起很多泡沫。我对他故作神秘的样子表达不满,他咧着嘴笑,露出满嘴黄牙。“你可真看得起你哥我,那玩意儿是一般人能造的?”一般人当然造不了,但老宋可不是一般人。 几个月之后老宋被捕,全厂轰动。 那天好几辆警车开进公司,从上面下来十几个全副武装的警察,过了片刻老宋被从实验室押了出来。我们挤在楼道上,看见老宋双手带着手铐,面色苍白。他走路踉踉跄跄,要不是身边有人搀扶,估计得瘫倒在地上。老宋被押进车间,然后有很多人向外搬东西。远远能看见是些反应罐、搅拌机、脱水机、磅秤、天平、制冷机之类,还有一些瓶瓶罐罐,拉了满满两车。老宋的罪名是制毒,这些就是他的作案设备。 老宋被捕后,关于他制毒的一些传闻渐渐流传开来。老宋制毒的动机当然是为了钱。他小儿子开车撞了人,事故很严重,要赔对方68万。老宋虽然年薪高,但是手头一时也拿不出那么多现金来,老宋实在走投无路,开始走上了一条不归路。至于如何制毒,对于老宋这种化学专家而言就是小儿科,就算是从普通药店就可以买到的常见感冒类、止咳类药物,经过老宋的手,也可以变成能让人欲罢不能的冰毒。就以市面上常见的某感冒药为例,从这类药物中提取一种名叫麻黄素的物质,经过加工制作成麻黄素混合液,然后将液体放入蒸馏烧瓶中,进行高温蒸馏,就可以得到甲基苯丙胺,这就是冰毒的主要成分,接下来的工作就是反复蒸馏,提高纯度。说到这里我觉得老宋仍保有一定的良知,因为他制作的冰毒纯度都不是很高。 回想起他之前制造的白色洗衣粉,我还开玩笑说是毒品。每每想起那一幕我就脊背发麻,感觉世事无常。 由于大部分毒品是白色粉末,犯罪分子经常用食盐、洗衣粉、白糖等白色粉末状物质来伪装和掩护毒品,给海关和公安办案人员带来困扰。同时毒品中淀粉、葡萄糖等添加成分,分子量大、极性强、不易气化,对其采用气相色谱法检验具有一定的难度。拉曼光谱属于分子振动光谱,具有所需检材量小、不破坏检材、不需要对样品进行前处理、操作简便、分析速度快等优点。拉曼光谱技术能够比较直观地观察到晶体或粉末的微观情况,对于晶体结构不同或晶体-粉末的混合物,能够直接断定是否有添加成分的存在,对微量杂质或掺杂物的分析具有独特的优越性。我们针对包括可卡因海洛因在内的七种毒品进行拉曼光谱检测。由图可知,七种常见毒品均有相当丰富的拉曼特征位移峰,且每个峰的信噪比较高。同时七种常见毒品的特征峰峰位相互间均有较大差异,通过其特征拉曼峰峰位的不同区分不同成分的毒品。 我们还鉴定了包括奶粉、洗衣粉在内的四种白色粉末状物质,洗衣粉是混合物,且不同厂家的洗衣粉有不同的配方,所以会产生不同的拉曼谱图,不同厂家奶粉的拉曼谱图也有所差异。也就是说由于洗衣粉和奶粉不具有固定的分子结构,也就不具有固定的拉曼谱图,本次鉴定的只是一种奶粉和一种洗衣粉的拉曼谱图,而不是标样谱图。 拉曼光谱分析技术实现了对毒品及其常见添加成分的快速分析。由于拉曼光谱具有微区分析功能,即使毒品和其它白色粉末状物质混和在一起,也可以通过显微分析技术对其进行识别,得到毒品和其它白色粉末分别的拉曼光谱图。拉曼光谱法是检验常见毒品及其添加成分的快速有效的方法。现已成熟运用于刑侦、安检、缉毒等领域。
  • 我国著名晶体学家、中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员范海福先生在北京逝世
    我国著名晶体学家、中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员范海福先生因病医治无效,于2022年7月8日14时在北京逝世,享年89岁。范先生真诚质朴,勇于开拓,科研成果独具特色,处于世界领先水平。他是国际上最早提出并成功地将小分子晶体结构分析中的"直接法" 应用于蛋白质晶体结构分析的学者之一。与李方华先生合作在电子显微学研究中引进X射线晶体学方法,创建出高分辨电子显微学中的一种新图像处理技术。将直接法的应用从三维空间拓展到四维以上的空间,使测定晶体的非公度调制结构或组合结构无需依赖于一个假想的模型。今天,我们以《中国科学技术专家传略 理学编—物理学卷4》中的个人传记,纪念和送别这位令人敬重的物理学家。|作者:古元新 郑朝德1早期求学和工作经历范海福1933年生于广东省广州市。父亲原是一位中学教师,后来经商。虽然范海福9岁时父亲就去世,但是父亲给他留下的影响是很深的。小学时。范海福有一次参加学校的重要活动。留影时因站位靠边、靠后,拍出来的照片几乎找不到他的踪影。父亲看后在照片边框上题注:"不必居前列,守真不为名;埋头其苦干,昂首迈前程。"父亲对待他人,不论地位高低都一视同仁,并以诚相待,这给范海福留下特别深刻的印象。母亲是一位中、小学教师。她十几岁的时候,因反抗包办婚姻,在一位小学老师的帮助下只身从农村跑到广州。之后,通过半工半读完成了中学学业并考进了大学。母亲使范海福养成了"认理不信邪"的习惯。范海福中学时期就读于广州中山大学附属中学。这所学校有很好的教师、五花八门的学生和比较宽松的环境。老师中对范海福影响较深的有教语文并兼班主任的谭宪昭、教物理的黄杏文和教化学的袁凤文。他们讲课深入浅出、条理清晰,常举一些生动而寓意深刻的例子。他们对学生关怀爱护、诚恳亲切。范海福和谭老师接触更多些。对老师,范海福有时既狂妄又调皮,谭老师总是耐心地引导。范海福对谭老师有过几次无礼的顶撞,终因谭老师的宽容和善意而感到内疚,并打心里对谭老师更加敬重。中学时期,范海福起初只对语文、美术和音乐有兴趣。一位志趣相投的同学是他的好友,那位同学教会范海福吹口琴。不久,他发现范海福的口琴水平超过了自己,于是放下口琴学起了小提琴。范海福又向他求教小提琴。他还是毫无保留地给予帮助。结果,发生在学口琴过程中的事情又重演了。那位同学又放下了小提琴,但丝毫没有影响与范海福的友谊。几十年来,范海福不断地审视自已与同事、同行之间的关系。检香自己在学术上是否能够做到同样的毫无保留。初中二年级时,母亲给范海福买了一本顾钧正编著的《少年化学实验手册》。范海福觉得化学实验好玩,于是在家里搞起一个"实验室"。由于条件所限,不可能完全按照"手册"去做实验,必须找一些代用品和变通办法。这就要求比较彻底地弄清实验的原理并多看几本参考书。为此,范海福跑遍了当时广州市所有他能进得夫的图书馆,从此养成了看课外书和独立思考的习惯。进入高中阶段后,范海福又多了几位喜欢理科的要好同学。他们在课余时间经常一起做无线电和化学实验,探讨课堂内外各种感兴趣的问题。有时也会发生激烈但无伤友谊的争论。争论使他对问题有更深刻的理解,锻炼了思维方法,培养了表述能力。范海福1952~1956年就读于北京大学化学系。他有幸聆听当时国内一流的专家学者讲课。这是范海福打下学业基础、形成思维方法、入门科学研究的关键时期。唐有祺是范海福的晶体学启蒙老师。范海福大学毕业多年后仍得到唐先生许多帮助。大学期间,还有几位老师对范海福以后的科研生涯有重要的影响。傅鹰归国前已是国际知名的胶体化学家。他讲课精辟透彻、风趣幽默。他特别强调学以致用。开学第一课,他就公开期末考试的一道必答题:"举一个你亲身经历的例子来说明一条胶体化学的原理",附带要求:"这个例子不能是我在课堂上讲过的,也不能是其他考生举过的。否则你最多只能得3分(5分是满分)"!几句话就让一班学生随时随地注意周围发生的各种自然现象,并试着用刚刚学到的胶体化学原理去加以阐释。这在教学法中堪称一绝。徐光宪为人平易谦和,他在讲课之余还向同学们介绍自己的科研经验,告诫他们,科学研究的路途中会有一些地方"花草很好看",但是不要因此迷失方向,偏离更重要的目标。周光召是当时给化学系讲课的最年轻老师,也是最受欢迎的老师之一。他讲理论物理的"化学系精简版"。没有现成的教材,来不及写讲义,上课也没有写好的提纲,就手拿一支粉笔,边讲边写。一年下来,用心的同学只要记下关键的话语。抄下黑板上的公式,就成一部好讲义。周先生不仅讲授物理内容,更注重训练思维方法,要求学生对于类似的概念不仅要看到它们的雷同,更要弄清它们的差异。大学三年级时,范海福在大连石油研究所陈绍礼的指导下作科研实习。陈老师是刚从美国归来的青年学者,待人友善诚恳。他的书桌旁有一个许多小抽屉的柜子,里面全是文献卡片。范海福跟陈老师学会了上图书馆查文献,通过对文献资料的分析对比得出自己的推论,然后用实验去检验。大学毕业以后,范海福一直在中国科学院物理研究所(1958年10月以前称为应用物理研究所)工作。2"发明一种新方法,可能比测定十个新结构更重要""发明一种新方法,可能比测定十个新结构更重要" 这是范海福在物理所的导师吴乾章与他第一次见面时说的话。这里说的"方法",是指晶体结构分析方法。晶体结构分析方法主要有两大类,即以X射线衍射为代表的衍射分析方法和以电子显微术为代表的显微成像方法。电子显微镜的成像过程也可以看作两个相继的电子衍射过程。因此可以说,衍射分析是晶体结构分析的核心。如果入射波在晶体中只被衍射一次,晶体结构同它的衍射效应之间就有互为傅里叶(Fourier)变换的关系。这里说的衍射效应,是指从晶体向不同方向发出的衍射波的振辐和初相位。衍射实验可以记录下衍射波的振辐,但是一直还没有普遍适用的方法来记录由晶体发出的衍射波的相位。因此。要想从行射效应的傅里叶变换解出晶体结构,就必须先设法找回"丢失"了的相位。这就是晶体学中的相位问题,它一直是研究晶体结构分析方法的关键问题。1956年范海福在吴乾章的指导下开展了"光学模拟"的研究。其要点是用光学衍射模拟X射线衍射,以了解物体与衍射图之间的精细关系并从中寻找解决相位问题的途径。这项研究在1957年中止。1959年吴乾章按当时中国科学院杜润生秘书长的指示,重新建立了一个从事单晶体结构分析的研究组。吴先生还请苏联专家И. В. Яворский(约 维 亚沃尔斯基)来指导X射线分析工作,请中国科学院数学所干寿仁来讲概率论基础。他们两人对这个组的成长都起了很重要的作用。范海福从这个研究组建立伊始就对当时还处干发展初期的"直接法"产生兴趣。这种方法是要在一定的约束条件下从一组衍射振幅"直接"推定相应的衍射相位。1965年范海福发表了他最早的两篇直接法论文。第一篇论文提出将直接法与重原子法相结合的思路,后来由此衍生出用直接法处理由赝对称性引发的"相位模糊"(phase ambiguity)问题;第二篇论文提出将直接法与同晶型置换法或异常衍射法相结合的思路,这是直接法进入结构生物学领域的一个发端。这两篇论文得到本所吴乾章、吉林大学余瑞璜、中国科学院副院长吴有训的鼓励和支持。可惜这方面的研究很快就进入了持续十多年的"冬眠"时期。尽管如此,已经发表的论文还是留下了一点历史的印记。国际著名的晶体学直接法专家C. Giacovazzo在其1980年出版的专著中以近3页的篇幅详细地引述了他的这几篇论文。1980年的晶体结构分析方法研究组。左起:古元新、郑朝德、千金子、许章保、范海福、韩福森 、郑启泰3.走出传统领域"文化大革命"期间,国际上的直接法研究得到飞速发展,并逐渐在小分子晶体结构分析领域取得主导地位。它成十倍地提高了解析小分子单晶体结构的能力和效率,有力地推动了结构化学的发展并促成了基于小分子的药物设计的创立。为此,直接法的两位先驱J. Karle 和H. Hauptman于1985年获得诺贝尔化学奖,在庆贺之余,不少人在问:诺贝尔奖之后的直接法研究还能做些什么?1987年第十四届国际晶体学大会期间为庆祝 Karle 和 Hauptman 获得诺贝尔奖,举办了一个学术报告会。主席是直接法先驱之一,英国皇家学会会员M. M. Woolfson。报告人连Hauptman和Karle在内共有5人,范海福是其中之一。他以"Outside the traditionalfield"为题作报告提出,诺贝尔奖之后的直接法应该走出传统领域去开拓新的应用。他指出了4个发展方向∶(1)从单晶分析到粉晶分析;(2)从X射线晶体学到电子显微学;(3)从周期性晶体到非公度晶体;(4)从小分子晶体到生物大分子晶体。其实,那时范海福和同事们已经在"(2)"、"(3)"、"(4)"3个方面展开了工作,并已取得了初步的成果。9年后,1996年第17届国际晶体学大会的一个分会主席 S. Fortier 在她的总结报告中采用了上述提法。其报告的开头写道∶"这个小型报告会Direct Methods of Phase Determination的着重点正如范海福所概括的,是直接法的应用向传统领域之外转移;从小分子到大分子;从单晶到粉晶;从周期结构到非公度结构;从X-射线数据到电子衍射数据。"自20世纪80年代中、后期至今,我国在上述4个领域中的3个领域一直具有重要的国际影响。1978年范海福(后排左2)初出国门,随中国晶体学代表团(团长唐有祺教授,前排左2)在英国晶体学家、诺奖得主Dorothy Hodgkin(前排左1)家中做客4.从X射线晶体学到电子显微学高分辨电子显微学是研究固体材料微观结构的重要手段。许多材料由于晶粒太小或缺陷严重而不适于X射线分析,却宜用电子显微镜观察。然而,高分辨电子显微像往往因电子光学系统的像差而严重畸变;其分辨率又远低于相应的电子衍射图,在多数情况下不足以辨认单个的原子。因此,高分辨电子显微像需要经过特殊处理才能反映出物体内部的结构细节。国外常用的处理方法,实验量大、计算繁复,而且事先对被观察试样的结构要有个大致的了解,这就局限了高分辨电子显微学的应用。另一方面,X射线晶体学中的直接法实质上是一种特殊的图像处理方法。在高分辨电子显微学中引入直接法,将可创立新的图像处理技术。从20世纪70年代起,范海福与李方华合作,建立了用于高分辨电子显微学图像处理的新方法。这一方法将衍射分析与显微成像结合起来。与原有的方法相比,所需的实验工作量较少,计算过程也较简捷。尤其是无需对被测试样的结构预先有所了解。具体的处理过程分为两步:第一步是图像解卷,即利用衍射分析中的算法消去由像差引起的图像畸变;第二步是提高分辨率,先由校正过的电子显微像经傅里叶变换求出低分辨率衍射点的相位,然后结合电子衍射图的信息,通过直接法相位外推获得接近衍射分辨极限的结构像。这一方法曾成功地用于处理一张Bi-2212高超导体的高分辨电子显微像。经过处理后的图像,除校正了畸变外还将图像的分辨率从2 提高到1 ,Cu-O层上的氧原子也清晰可见。1987年与夫人李方华院士在悉尼海滨5.从周期性晶体到非周期性晶体通常,晶体结构分析都假定晶体具有严格的三维周期性。但是实际的晶体都有缺陷,基于衍射效应的晶体结构分析只给出大量晶胞的平均结果。在实际的晶体中,原子往往会发生取代、缺位或偏离平均位置等缺陷。如果这种缺陷的分布本身具有周期性,就形成所谓调制晶体。缺陷分布的周期若为晶体周期的整数倍,即形成公度调制结构或称超结构。缺陷分布的周期若非晶体周期的整数倍,则开形成非公度调制结构。非公度调制是晶体缺陷长程有序分布的一种形式,它对晶体的性质有重要影响。目前国际上用于测定非公度调制结构的流行方法均在某种意义上属干尝试法。其要点是先假定一个调制模型,算出其衍射效应,然后同实验结果比较,并据此对模型进行调整和修正。这种方法费时、费事,易出差错。因此,有必要建立一种更直接、更有效的方法以代替尝试法。非公度调制结构就其整体而言,在三维空间不具备严格的周期性。但是,它可以表示为一个n-维(n3)周期结构的三维"截面"。因此,先对那个-维周期结构求解,然后用一个三维的"超平面"去"切割"所得的n-维结构,就可以导出三维空间中的非公度调制结构。为了在维空间中求解晶体结构。首先需要将现有的晶体结构分析方法从三维室间推广到多维空间。范海福等人在1987年首先将直接法推广到多维空间,建立了直接法测定非公度调制结构的理论。这一方法曾用于研究高Tc 超导材料Bi-2223晶体的非公度调制结构。有关结果由赵忠贤在1991年的诺贝尔庆典报告会上向国际超导界展示。范海福和同事们还将用于电子显微学图像处理以及用于从头测定非公度调制晶体结构的直接法综合到一个程序句 VEC(Visual computingin Electron Crystallography)中。该程序包自2000年在网上发行以来,已有来自60多个国家和地区的一千多人下载。6.从小分子晶体到生物大分子晶体蛋白质的晶体结构分析是结构生物学的重要实验基础。晶体结构分析的理论和实践水平,直接关系到结构生物学的发展。结构未知的蛋白质可分为两类。其中一类虽然本身的结构未知,但是有结构已知的同源类似物可供参照;另一类则是"完全未知"的,也就是没有结构已知的同源类似物。前者在近年来解出的蛋白质结构中约上70%。后者所占比例较小然而更难解决。测定前者的主要方法是"分子置换"(MR)法,测定后者的主要方法是"多对同晶型置换"(MIR)法和"多波长异常衍射"(MAD)法。MIR和MAD有一个共同的缺点,就是对试样制备有特殊的要求,而且实验量和计算量都较大,遇到晶体试样不易制备或者晶体易受辐照损伤的情况就不便使用。因此,用单对同晶型置换(SIR)法或单波长异常衍射(SAD)法来代替就是合乎逻辑的出路。但是,从SIR或者SAD的实验数据不能唯一地确定衍射相位。在多数情况下每一个衍射点的相位都有两个可能的解(双解)。要利用SIR或SAD数据,必须设法解决这一问题。1965年范海福提出用直接法破析SIR或SAD的相位双解问题。1982年H. Hauptman发表了一篇整合直接法和SAD数据的论文(Acta Cryst.,1982,A38∶632-641)。其目标与范海福在论文中提出的相同,但方法各异。Hauptman还以"Direct methods and anomalous dispersion"(直接法与异常散射)作为他1985年诺贝尔奖获奖演说的题目,表明他在"诺贝尔奖之后"将以此为研究重点。从1983年起,世界上著名的直接法研究小组纷纷投入这方面的研究。由此掀起的"国际竞争"一直延续了大约20年。在中国,范海福和同事们在原先的基础上作了重大的改进和发展,干1984~1985年间发表了5篇论文。这些文章得到国际同行包括竞争对手的肯定评价。1988年应中国科学院邀请,美国科学院派出了一个"生物技术"代表团到中国考察。当时中国科学院没有安排他们访问物理研究所。但是他们在其考察报告Biotechnology in China(美国科学院出版社,1989)一书中,仍然认真地评述了范海福和同事们在20世纪80年代中期的工作(见原书32-33页)∶研究精选在文献调查中显示,中国的某些研究已经达到国际水平。下节介绍那些在基础和应用生物技术方面前景最好的项目… … X射线晶体学… … 在北京物理研究所,范海福及其同事们已经使用概率相位推演方法测定越来越大的生物分子的晶体结构。他们是最早发展并使用随机起始、从头相位推演技术的一员。这一方法的优点在于无需对重原子衍生物在不同波长下作重复的测量。最近范(海福)小组用2分辨率的X -射线单波长异常散射数据重新测定了 avian pancreatic peptide 的结构,以此展示其方法的精确性。这一方法终将能够直接测定一系列肽和蛋白质的结构。这对蛋白质工程将有广泛和重要的潜在意义… … 范海福和同事们的后续研究,印证了美国考察团的预言。1990年,他们用直接法推定一套2.0 分辨率的SAD数据的相位,获得可以跟踪解释的电子密度图。1995年,他们进一步提出用直接法和"电子密度修饰法"协同处理蛋白质的SAD数据,并用3.0 分辨率的SAD数据证实这样的方法可以解出蛋白质streptavidin的晶体结构。这个结构原本是用3倍于SAD的MAD数据解出的。1998年,英国的同行用范海福和同事们所发展的方法和程序从2.1 分辨率的SAD数据解出一例原属未知的蛋白质晶体结构(Acta Cryst.,1998,D54∶629-635)。2000年,基于范海福等人的方法编写的程序OASIS被国际上使用最广泛的蛋白质晶体结构分析程序库CCP4 正式采用。成为其中用干推演SAD或SIR衍射相位唯一的直接法程序。进入21世纪以来,范海福和同事们针对蛋白质晶体学的直接法研究又有新的进展。2004年,他们提出SAD或SIR衍射相位的"双空间迭代"方法,将原有方法的功效提高了好几倍,同时使直接法在蛋白质晶体结构分析中从相位推演的环节进一步渗透到自动建模的环节。2007年,他们又提出无需SAD或SIR信息的"结构碎片双空间迭代扩展"方法。这一方法使直接法得以同蛋白质晶体结构测定中使用最多的分子置换(MR)法相结合并显著地提高了它的功效。同时,也使直接法扩大了在"自动建模"这一重要环节中的影响。2004~2009年,范海福和同事们完成了OASIS程序的3个更新版本。OASIS程序已经被国内外(包括中、英、法、美、日、德)的结构生物学家使用,解出多例用其他方法难以解决的蛋白质晶体结构。OASIS的2006版本已被CCP4的最新版本(2008)采用以代替原有OASIS 2000版本。此外,欧洲分子生物学组织EMBO所建立的、向世界各科研单位提供网络在线服务的蛋白质晶体结构分析自动化流水线 Auto-Rickshaw 从2006年起采用OASIS作为执行相位信息和结构模型循环迭代的关键程序。1996(或1997)年10月,左起:章综、范海福、蒲富恪、李荫远、梁敬魁、李方华,在物理所A楼2层接待室7.躬耕不息已过古稀之年的范海福仍然坚持在科研第一线。他和同事们一起讨论、研究工作的具体细节,评估学科发展趋势,提出新的目标并为此和同事们一起协同工作。长期与范海福一起工作的同事们的感受是;他在科研团队中既是"帅"又是"将"和"兵"。他不仅把握研究方向、选定课题,还会亲自动手。像主要由其他同事完成的SAPI和OASIS程序,他都亲自参与了一部分代码的编写。他熟知团队中每个人的能力和特点,善于调动每个人的积极性。范海福认为在科研团队中应该有和谐皆的氛围。而"和谐"应该以相互了解、相互尊重为基础。他会时常自问,是否每—位同事的劳动都得到了应有的尊重?范海福对年轻人的要求是严格的。他布置的任务定会跟踪检查;另一方面,他会无保留地向年轻人介绍自己的经验和教训,详细地解释每一个选题的思路,注意在学术上给年轻人提供自由发展的空间。8.人云不亦云两个无机化学实验在大学时期,范海福很得意的两个无机化学实验可能也是他所做的最让老师生气的两个实验。一个是要证实碳酸钙能溶于二氧化碳的水溶液。按当时从苏联搬来的一本实验教程,要将碳酸钙粉末放入盛蒸馏水的烧杯中,然后通入二氧化碳直至溶液成碱性。许多同学做了几十分钟也没有结果。范海福装了半试管澄清的石灰水溶液,然后通入二氧化碳。一两秒钟后就出现白色沉淀,这就是碳酸钙。继续通入二氧化碳,白色沉淀消失,这就说明了碳酸钙能溶于二氧化碳的水溶液。整个实验只用了大约1分钟。另一个实验是要证实碳酸钙加热后可以变成能溶于水的氧化钙,使水溶液呈碱性。"教程"要求把碳酸钙放入坩埚再用煤气灯烧半小时。范海福用一把镊子夹了小块碳酸钙直接放在火焰的外沿,只烧了几秒钟实验就完成了。两个实验连准备带收拾一共不到10分钟(整个实验课是一个半小时),然后他得意地溜出了实验室"自由活动"去了。事后老师批评他不重视苏联"老大哥"的经验和不遵守课堂纪律。范海福只接受了第二项批评。苏联专家1959年,苏联专家И. В. Яворский(约 维 亚沃尔斯基)到物理所指导范海福等人开展 X射线分析工作。范海福从Яворский那里学到不少理论和实践的知识。Яворский对范海福也很满意,经常和范海福单独讨论学术问题(有翻译在场)。有时候,他们之间有学术上的争论。双方都觉得这很正常而日很有好处。但是个别领导却"提醒"范海福∶要尊重苏联专家!范海福的回答是∶"我非常尊敬苏联专家,但这不等于不能表达不同的学术见解"。Яворский回国后不久的1960年,范海福因所谓"对苏联专家的态度" 被批判,并被提升到"反苏"的高度。面对当时的环境,范海福并没有写出哪怕是一个字的"检讨"。事后范海福听说,Яворский回国以后给他来过封很长的信。他确信,那一定是写满友谊和鼓励的信。只可理科学奖。看来有关工作人员和多数评委都宽容了范海福的 "与众不同"。
  • 警惕!堪比毒 品,依托咪酯可不止“上头”这么简单
    导读近期,社会上出现一些不法分子利用一种添加了含有麻醉药品依托咪酯“烟粉”的香烟,将其用作毒 品替代品进行销售。该香烟吸食后产生头晕、全身轻飘甚至致幻的感觉,过量吸食、饮用替代物质会导致神志不清、昏迷、呼吸暂停、窒息死亡,部分人群还会出现狂躁症状甚至诱发精神障碍或心血管疾病,对身心造成不可逆危害。Part.1 ▍依托咪酯为何物?依托咪酯系非巴比妥类静脉短效催眠药,通过静脉注射对中枢神经有较强的抑制作用。由于依托咪酯属于麻醉诱导剂,暂不属于管制类精神药品。一些不法分子看中了它的麻醉作用,并利用其目前无法被毛发、尿液毒 品检测出阳性结果的漏洞,以及药品相较于毒 品,能获得相同快感却价格更加低廉等原因将其当做毒 品的替代品进行销售,严重破坏了药品管理秩序,还造成了不良的社会影响。依托咪酯(CAS号:33125-97-2)分子式:C14H16N2O2Part.2 ▍依托咪酯的危害!目前社会上一些不法人员使用的依托咪酯为白色晶体粉末状物质,他们通常将其添加在普通香烟烟丝内烤吸或勾兑在电子烟油中吸食。依托咪酯吸食后致人上头,呈现头晕站立不稳,东倒西歪等类似醉酒后的状态。长期大量吸食会出现脾气暴躁,生活懒散等影响人的情绪、思维和意志行为的精神障碍。火眼金睛,揭开新型毒 品替代物的外衣为躲避警方查缉,降低目标群体的戒心,新型毒 品开始了五花八门的“变装”。1分析利器岛津LCMS-8050液质联用系统具有高灵敏度、超快速技术(超快速扫描、正负极切换)、卓越的耐用性等特点,可令吸食依托咪酯者无处遁形。图1. 岛津LCMS-8050 液相色谱-串联质谱联用仪利用岛津LCMS-8050液质联用系统可建立尿液中依托咪酯(ET)及代谢物R-(+)1-(1-苯乙基)-1H咪唑-5羧酸(ETA)的检测方法,该方法前处理简单,且通过选择合适内标美托咪脂(MET),确保结果准确性,可为依托咪酯滥用管控提供方法参考。2分析结果在考察的线性范围内,采用内标法建立标准曲线,线性相关系数大于0.999,线性良好,高中低标准溶液重复进6次,保留时间和峰面积的相对标准偏差不高于0.52%和3.60%,仪器重复性良好,不同浓度加标样品,加标回收率在在83.3-110.8%之间,表明方法准确性良好。图2. 标准品MRM色谱图结语药物到毒 品的界限,有时只有一步之遥。在此小编提醒,大家须清醒头脑,请对依托咪酯等容易“上头”的物质保持警惕,切勿好奇尝试误入歧途!撰稿人:黄钢本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。如需深入了解更多细节,欢迎联系津博士 sshqll@shimadzu.com.cn
  • 利用X射线磁成像技术,中科院等诱导产生单个零场斯格明子及其二维“人工晶体”
    p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 近日,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M02课题组的光耀、刘艺舟、特聘研究员于国强、研究员韩秀峰等人与德国马克斯普朗克智能系统研究所教授Gisela Schü tz团队、美国加州大学洛杉分校教授Yaroslav Tserkovnyak团队、兰州大学教授彭勇团队合作,利用一种具备高时空分辨率的软X射线磁性成像技术,在室温零场条件下成功诱导产生100 nm尺寸的斯格明子。斯格明子的产生机制是由X射线诱导的交换偏置再定向效应所主导的。除精确地产生单个斯格明子外,他们还利用X射线产生了多种结构的斯格明子二维“人工晶体”。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究利用扫描透射X射线显微镜(STXM)对[Pt/Co/IrMn]n交换偏置多层膜结构进行了系统的研究,首次发现X射线辐照可以诱导反铁磁序的重取向,进而实现了反铁磁序以及与之耦合的铁磁序的高空间分辨光学调控。利用这一现象,研究团队首先成功地在迷宫畴的背景下实现了零外磁场下的任意形状单畴磁区域,如图1所示。利用X射线在单畴区域扫描特定小尺寸区域,还能够精准定位产生单个斯格明子。更进一步,通过大面积的位点扫描,成功地构造出了斯格明子阵列,如三角、正方和kagome三种构形(图2)。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究为调控反铁磁序磁结构提供了一种新的思路,利用这种方法还有望进一步推动在交换偏置体系中实现反铁磁斯格明子。由于X射线的短波长特性,该方法有望用于调控小于10 nm尺寸的反铁磁序,极大地提高了光控磁的空间分辨率。该项研究还能激励更多利用X射线方法操控磁序的研究,进一步推动磁性材料中针对磁序的高空间分辨率光学调控。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/4119c7eb-0af5-4fe9-b3b2-cdb7ad3873a5.jpg" title=" 1.jpg" alt=" 1.jpg" / /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " strong 图1. /strong X射线诱导的交换偏置再定向效应。a为同步辐射X射线通过在垂直磁场(H)下扫描闭合区域诱导产生均匀的交换偏置,箭头表示正的磁场方向,b为同步辐射X射线扫描后在零外磁场下测到的物理所(IOP)标志;c-e为对应的四分之三扫描透射X射线显微镜数据截面图和相应的交换偏置示意图,IrMn层箭头表示界面垂直方向的反铁磁序。b和e中标尺条为1 μm。 /p p style=" text-align: center text-indent: 0em " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202004/uepic/aea263db-76d5-456a-a1c8-5cfd3c4e569e.jpg" title=" 2.jpg" alt=" 2.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em " 图2. /span /strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em " X射线诱导单个斯格明子及斯格明子晶体的产生。a为X射线诱导产生的闭合单畴条(白色虚线矩形框);b为控制X射线在单畴区域上精准产生的两个斯格明子;c-d分别为X射线在单畴区域写入的三角和正方斯格明子人工晶体。d中的标尺条为1 μm。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" text-align: justify text-indent: 2em " /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 相关工作已在《自然-通讯》杂志上发表。 /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em " 该项研究得到科技部、国家自然科学基金委员会、北京市自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划等的支持。 /p p style=" text-indent: 2em " a href=" https://www.nature.com/articles/s41467-020-14769-0" target=" _self" strong span style=" text-align: justify text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) " 论文链接 /span /strong /a br/ /p
  • 天然“准晶体”可能源于太空
    据英国广播公司(BBC)1月3日报道,美国和意大利科学家表示,他们对在俄罗斯发现的天然“准晶体”矿石进行了化学分析,结果表明,这种矿石很可能是陨石的一部分,在陨石与地球的撞击中遗落到地球上。研究发表在《美国国家科学院院刊》上。   准晶体首次被以色列科学家达尼埃尔谢赫特曼发现,他也因此而独享2011年诺贝尔化学奖。1982年4月8日,正在美国霍普金斯大学从事研究工作的41岁谢赫特曼发现了“准晶体”,其原子结构打破了传统晶体内原子结构必须具有重复性这一黄金法则,在科学界引起轩然大波。“的确,那时候,人们根本不接受那种晶体的存在。”美国化学协会主席纳西杰克逊去年10月5日接受美国《纽约时报》采访时表示:“因为他们认为这违反了自然‘规则’。”   随后,科学家们在实验室中制造出了各种准晶体,而且,2009年,意大利佛罗伦萨大学的科学家卢卡宾迪和同事在俄罗斯东部哈泰尔卡湖获取的矿物样本中发现了天然准晶体,这种新矿物质由铝、铜和铁组成。此前的分析表明,“准晶体”这种结构能天然形成而且也能在自然环境下保持稳定,但是,“自然界如何制造出这一结构”一直是个未解之谜。   现在,宾迪和美国普林斯顿大学的保罗斯坦哈特对这种矿石的化学成分进行了分析,结果表明,这种矿石可能是陨石的一部分,陨石在与地球的碰撞中遗落到地球上。他们在论文中指出,该样本中含有一些只能在高压下形成的硅石。这种硅石要么形成于地幔中,要么形成于陨石撞击地球那样的高速碰撞中。而结果显示,这块岩石样本经历过一个压力和温度及巨大的、典型的高速碰撞—小行星带上的流星就由这种碰撞产生 另外,这种岩石中不同氧元素的相对丰度更接近其他流星中而非地球上的岩石的氧元素的相对丰度。   该研究团队指出:“我们的研究显示,准晶体可能源于环境更多变的太空中,这也表明,准晶体能在很多环境下自然产生,而且,在宇宙学时标(足以明显看出宇宙演化的时间尺度,动辄以亿年为单位)上保持稳定。”   准晶体具有独特的属性,其坚硬又有弹性、非常平滑,而且,与大多数金属不同的是,其导电、导热性很差,因此在日常生活中可用来制造不粘锅、发光二极管、热电转化设备等。
  • 日立高新SU8010观察氧化铝晶体上外延生长的氧化铁晶体
    本例是氧化铝晶体上外延生长的氧化铁晶体的观察例。这个样品是给陶瓷品上彩用的颜料(红褐色),主要成分是刚玉(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)。为了弄明白它为什么能成长出如此漂亮的结构和其生长原理,用SEM进行观察就变得非常重要。  左图是用Upper探头拍的背散射电子的照片,通过成分对比度可以判断出Al2O3的周围存在着Fe2O3。另外,对Al2O3处放大后(右图)可以发现很细微的台阶结构。本例采用日立高新SU8010场发射扫描电子显微镜进行观察,关于此仪器请参考:http://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C138451.htm 关于日立高新技术公司:  日立高新技术公司是一家全球雇员超过10,000人,有百余处经营网点的跨国公司。企业发展目标是“成为独步全球的高新技术和解决方案提供商”,即兼有掌握最先进技术水准的开发、设计、制造能力和满足企业不同需求的解决方案提供商身份的综合n性高新技术公司。日立高新技术公司的生命科学系统本部,通过提供高端的科学仪器,提高了分析技术和工作效率,有力推进了生命科学领域的研究开发。我们衷心地希望通过所有的努力,为实现人类光明的未来贡献力量。  更多信息请关注日立高新技术公司网站:http://www.hitachi-hitec.cn/
  • 最小耐高温的等离子体晶体管问世(图)
    美国犹他大学的研究人员研制了迄今为止最小的等离子体晶体管,其可承受核反应堆的高温和离子辐射环境条件,有助于研制在战场上收集医用X射线的智能手机、实时监测空气质量的设备、无需笨重的镜头和X射线光束整形装置的X射线光刻技术。   这种晶体管有潜力开辟适用于核环境工作的新一类电子器件,能用于控制、指引机器人在核反应堆中执行任务,也能在出现问题时控制核反应堆,在核攻击事件中继续工作。   作为当代电子设备的关键组成元件,硅基晶体管通过利用电场控制电荷的流动来实现晶体管的打开或关闭,当温度高于550华氏度时失效,这是核反应堆通常工作的温度。而此次美研究人员将利用传导离子和电子的等离子体空气间隙作为导电沟道,研制了可在极高温度下工作的等离子体晶体管。它的长度为1-6微米,为当前最先进的微型等离子体器件的1/500,工作电压是其六分之一,工作温度高达华氏1450度。核辐射可将气体电离成等离子体,因此这种极端的环境更易于等离子体器件工作。
  • 逆境中长出的“中国牌”晶体
    2009年2月,国际期刊《自然》发表题为《中国晶体——藏匿的珍宝》的采访调研文章,认为中国禁运氟代硼铍酸钾晶体(KBBF),将对美国功能晶体相关领域的研究和发展产生严重影响,并断言“其他国家在晶体生长方面的研究,还无法缩小与中国的差距”。该文的缘起是中国2007年正式宣布停止对外提供KBBF,美国人不惜重金请求购买或邀请相关中国专家去美国工作,都被严词拒绝。中国科学家用国际领先的自主创新成果在高技术领域对美国说“不”。从20世纪60年代开启理论研究,到80年代研制出低温相偏硼酸钡晶体(BBO)、三硼酸锂晶体(LBO),再到90年代研制出KBBF,中国科学院福建物质结构研究所(以下简称福建物构所)等单位的科学家,打破了中国在晶体生长领域仿制、跟跑的局面,让“中国牌”晶体闪耀世界。几十年过去了,“中国牌”晶体这个“老字号”更显创新活力。很难想象,当年研发“中国牌”晶体的科学家们经历了怎样的奋斗历程。不跟在外国人后面走材料是人类社会进步的里程碑。作为一类重要材料,晶体指能自发生长成规则几何多面体形态的物体。随着科技进步和经济发展,人工功能晶体已成为激光设备等不可或缺的基础材料。激光技术是20世纪“四大科技发明”之一。作为激光设备的上游关键部件,非线性光学晶体可以将某一频率的激光转换成另一频率的激光。20世纪60年代初,国外已发现一些非线性光学晶体材料,而中国尚未研发出自己的晶体。整体看,国际上非线性光学晶体研发都相对滞后,导致激光器进一步应用乏力。功能晶体乃至所有功能材料的性能,都取决于其组成和结构,而这需要专业人才深入研究。在那个年代,我国缺乏这方面的人才,谁来研发“中国的晶体”?1945年,我国结构化学领域开拓者卢嘉锡留学归国,组织队伍开启晶体材料研究,并在国内首次招收以结构化学专业为主的研究生。卢嘉锡1955年当选中国科学院化学学部委员,1981年至1987年任中国科学院院长。在美国留学期间,卢嘉锡在美国国家科学院院士鲍林的指导下,利用X射线和电子衍射法技术分析研究晶体结构和分子结构;他所设计的卢氏图表载入《国际X射线晶体学用表(第二卷)》,被国际化学界应用了几十年。国外晶体研究已开展数十年,我国如何赶超?基于对国际国内晶体研究的分析,卢嘉锡认为探索新晶体材料,不应受国外学术思想束缚,跟在外国人的后面走,而应在分析、总结国外已有工作基础上走自主创新之路。“打造科研平台很关键。”福建物构所所长曹荣介绍,1959年,中国科学院福建分院设立并筹建技术物理所、化学所等6个研究所和生物物理研究室。卢嘉锡一直构想建立现代化物质结构研究室,福建分院的设立让他看到了希望。1960年,卢嘉锡经过深思熟虑,向中国科学院和福建省委提出将福建分院筹建的“六所一室”整合,最终形成福建物构所,卢嘉锡为首任所长。自此,卢嘉锡带领福建物构所的研究团队开始研制非线性光学晶体。卢嘉锡(左)指导福建物构所青年科技人员工作。让人匪夷所思的重大发现当时,我国缺乏技术、没有经验和专业人才,只能从仿制起步。由于没有理论指导,工作很快就遇到瓶颈。那时科研条件极为简陋。建所之初,主体建筑是一幢四方形平房,人员主要是复退军人和大中专毕业生,办公和仪器设备是从其他学校搬来的,吃饭就在临时搭建的竹棚里。 创办初期的福建物构所。即便如此,卢嘉锡还是凭借研究积累,部署了结构化学、非线性光学晶体等研究方向,希望从结构化学角度探讨晶体和分子结构、电子结构之间的关系。构想有了,关键是靠大团队联合开展大攻关。为此,卢嘉锡想方设法从高校调来理论物理等专业的毕业生,陈创天(2003年当选中国科学院院士)就是其中之一。那是1962年,陈创天25岁,刚从北京大学物理系毕业。到福建物构所没几天,卢嘉锡就找到他,语重心长地说:“研究所搞的是结构化学,你的研究重点要从理论物理向结构化学转移。”卢嘉锡给陈创天介绍了基本知识并列出参考书单,嘱咐他“可边工作边学习,不懂可来问我,相互切磋”。此后3年,陈创天系统学习了结构化学知识,最终选择非线性光学材料结构和性能之间关系为研究方向。1976年,苦心钻研10年后,陈创天提出阴离子基团理论,找到了非线性光学晶体材料宏观效应与微观结构间的关联。次年,他被任命为非线性光学材料探索组组长。据介绍,当时研究所几乎一穷二白,一群怀揣梦想的年轻人自己动手创造科研条件,如自行组装激光器、测试设备等。1979年,研究组发现BBO是一种非常有希望的新型材料。3年后,他们终于生长出大块BBO。 BBO晶体。中国科学家以翔实的数据和无懈可击的实验证明了BBO是非中心对称的晶体,在200纳米至350纳米波长范围内,其透过率可达80%以上。1986年,陈创天在美国参加一个国际激光与光电子会议,向全世界宣布成功研制出BBO,引起轰动。业界赞誉这是中国人按照自己的科学思想创造出的首块“中国牌”晶体。吴以成(2005年当选中国工程院院士)正是那一年在福建物构所获得博士学位。他回忆:“陈老师告诉我们,他发言结束后,参会的200多位科学家竟有一多半跟他出去向他进一步了解情况,导致会都没法开了。”福建物构所副所长、国家光电子晶体材料工程技术研究中心主任林文雄1988年被保送到福建物构所读研究生。“教材都把BBO写进去了。”林文雄说,BBO的面世让全世界的科学家感到匪夷所思,他们感受到严峻挑战,认为这样的重大发现不该在中国诞生,而应在美国、日本或欧洲国家。曹荣感慨,福建物构所取得这样的成就,离不开国家的一贯支持,也得益于中国科学院面向世界科技前沿、面向国家重大需求进行的前瞻布局和建制化研究。 福建物构所建所初期的结构化学研究队伍。在高技术领域对外国说“不”正当外国学者为横空出世的“中国牌”晶体感到震惊时,陈创天、吴以成等中国科学家又在1987年宣布一项新的重磅成果——他们发现并生长出第二块“中国牌”晶体LBO。 LBO晶体。与BBO相比,LBO紫外截止波长移到150纳米,是迄今为止实现高功率三倍频输出最好的非线性光学晶体。BBO、LBO分别被美国《激光电子学》杂志评为1987年、1989年“十大尖端产品”。“BBO和LBO的背后,光研究组就有多个,包括理论组、化学合成组、结构分析组、相图研究组、晶体生长组等。大家互相协作、劲往一块儿使,才有这样的结果。”吴以成说。山东大学教授王继扬介绍,当时国内晶体研究界有“三驾马车”,分别是福建物构所、山东大学和南京大学,它们在晶体生长、消除晶体畴等方面各有所长,非常团结又能创新,把晶体研究这个国际上本不受重视的领域变成各国争相研究的焦点。“我国科学家有股迎难而上的拼劲,敢走新路、勇于自主探索。”1988年,福建物构所成立成果转化公司——福建福晶科技股份有限公司(以下简称福晶科技),开启了BBO、LBO商业化之路。“商业化后,外国就眼红了。BBO面世时,中国的专利法还没出台,但LBO研发出来时已有专利法,团队有意识地申请专利将它保护起来。”吴以成说,美国最先坐不住,他们以专利无效为借口和中国打官司,希望能取消中国的LBO晶体专利权。“美国最终没有凭借蹩脚的理由得逞。”吴以成回忆,当时国际上关于LBO的研究成果都是中国科学家发表的,团队把整个研究的详细实验记录等收集起来应诉,最终打赢了官司。这个案例再次印证了团队协作的重要性。“那时候,团队里以林朝熙为代表的知识产权方面的专家就懂得申请专利,他们不是为了报奖,而是要把自主创新成果保护起来。”林文雄说,更关键的是,他们申请的不是晶体生长专利,而是器件专利,很好地避免了国外钻空子侵权。LBO面世前,美国等国家都在基于BBO等晶体开展多倍频研究,中国科学家也在寻求新突破。“我国虽已取得领先成果,但当时科研条件仍很落后。”吴以成举例,LBO晶体生长是在坩埚中进行的,耐温1000摄氏度以上的铂金是做坩埚的理想材料。当时铂金比黄金还贵,一小块就上千美元。“我们每次用完坩埚都要称重,如有损耗须说明。然而落后的科研条件没能阻止我们做出领先世界的重大成果。” 科研人员用提拉法培养晶体。外国对中国科学家的态度,也随着“中国牌”晶体的相继面世,从傲慢转向尊重。吴以成回忆,陈创天讲过这样一件事。 BBO面世前,有位中国学者在美国一家实验室工作,有人不小心打碎了一块杜邦公司生产的非线性光学晶体,中国学者想把碎片带回国研究,但被实验室负责人以保密为由拒绝。没想到数年后,中国就制备出领先世界的BBO。20世纪90年代,陈创天在日本访问期间,日方曾为他升起中国国旗表示尊敬和欢迎。研发出BBO、LBO后,陈创天团队意识到,由于微观结构条件限制,二者无法通过简单倍频技术产生深紫外光谱区的谐波光输出。经过反复计算和思考,陈创天等又踏上一条长达10多年的新型非线性光学晶体探索之路,研制出全球独一无二的KBBF。KBBF是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体。当时国际激光界普遍认为,用固体激光器产生波长小于200纳米的激光几乎不可能,KBBF则使激光最短波长达到184.7纳米,在深紫外激光领域大展身手。KBBF独特的薄片层状生长习性,使其难以获得实际应用。为此,陈创天联合中国科学院院士蒋民华团队、中国工程院院士许祖彦团队等开展联合攻关,攻克晶体生长难关,实现多种波长的深紫外激光有效输出,保障了中国在深紫外固体激光方面的国际领先地位。2007年,KBBF被禁止对外出口。中国科学家用国际领先的自主创新成果,在高技术领域对外国说“不”。“老字号”焕发新活力2000年,洪茂椿(2003年当选中国科学院院士)任福建物构所常务副所长,主持研究所工作。当时,中国科学院基于对知识创新与技术创新前沿的把握,批准福建物构所关于福晶科技改制的申请,做大做强“中国牌”晶体产业。洪茂椿面临的第一个难题,就是让“好酒”走出“深巷”。“首先要聚人才。”洪茂椿表示,当时福建物构所建所成立已有40多年,老一辈科学家年纪大了,科学家梯队出现了断层。“当时所里引进了一批人才,积极申请系列科研项目,包括多个上亿元的大项目。”洪茂椿强调,当时申请项目并非盲目扩充研究方向,而是更聚焦科技创新价值链,把知识创新、技术创新与产业创新链接起来,以国家重大需求推动福建物构所的科学研究。2008年,福晶科技正式上市。几年里,洪茂椿经常白天忙完,晚上回所里搞科研,企业管理经验是现学现用。好在经过几年努力,人才梯队建起来了,晶体产业发展脉络理顺了。这个团队人才济济。中国科学院光电材料化学与物理重点实验室主任吴少凡带领团队致力于激光与非线性光学晶体、闪烁晶体新型功能材料研究,成果已在国家重大工程中获得应用。“90后”研究员罗敏已成长为课题组长,聚焦非线性光学晶体材料的设计、合成和生长,以学术骨干身份参与国家重大项目和中国科学院战略性先导科技专项等。走进福晶科技的晶体熔盐车间,工作人员正在一排排晶体生长监控器前观察晶体生长炉的温度。“以前晶体生长都需要工作人员在坩埚旁守着,温度很高,夏天更受不了,现在定时观察显示器即可。”福晶科技董事长陈辉说。如今的福晶科技已成为全球知名的LBO、BBO、磁光晶体等龙头厂商,产品广泛应用于激光、半导体等领域,2023年实现营业收入7.82亿元。“需求端推动供应,目前公司生产的我国原创晶体占全球此类晶体生产总量的近五成,出口超过四成。”陈辉说,“国内晶体需求占全球总需求的比例,从20世纪90年代初的不足5%到如今超过五成,说明我们积极应对了产业链转移及国内需求增长等市场变化。” 晶体提拉生长车间。福建物构所供图今天,我国的晶体研究是否依然领先?曹荣表示,我国原创晶体在研制和应用上不断取得新成果,始终领先国际。近年来,福建物构所又取得一系列引领国际的研究成果,使我国成为激光晶体强国。“当前,我们正积极将人工智能技术应用到晶体设计和生长等环节。”曹荣表示,福建物构所将进一步面向世界科技前沿及国家重大需求,抢占科技制高点,助推我国科技创新事业迈上新台阶。“纵观我国晶体研究发展史,我感受最深的就是科研没有捷径,是靠一代又一代科学家一步步走出来的。”洪茂椿表示,跟在别人后面永远不是创新。正是有了国家和中国科学院对晶体研究的持续大力支持,有了几代科学家的团结互助、勠力创新,我国晶体研究才长盛不衰。
  • 半导体晶体生长设备供应商南京晶升装备29号上会
    南京晶升装备股份有限公司(以下简称“晶升装备”)9月21日正式发布上会稿,9月29号上会。晶升装备聚焦于半导体领域,向半导体材料厂商及其他材料客户提供半导体级单晶硅炉、碳化硅单晶炉等定制化的晶体生长设备。其产品半导体级单晶硅炉下游行业为硅片厂商,下游应用行业具有技术壁垒高、研发周期长、资金投入大、下游验证周期长等特点,市场集中度较高。根据 Omdia 统计1,全球硅片市场份额主要被日本信越化学、日本胜高、中国台湾环球晶圆、 德国世创和韩国 SK 五大企业占据,五大企业占全球硅片市场份额约为 90%,由于国内半导体硅片行业起步较晚,国内硅片市场份额不足 10%,相对较低,增速及进口替代空间巨大。中国大陆半导体硅片厂商技术发展相对落后,国内主要硅片厂商以生产 200mm(8英寸)及以下抛光片、外延片为主,300mm(12英寸)产能规模占比相对较低,仅有沪硅产业(上海新昇)、TCL 中环(中环股份)、立昂微(金瑞泓)、奕斯伟等少数厂商可实现12 英寸半导体级硅片批量供应。目前国内自产12英寸产能仅为54万片/月,总需求为150万片/月至200 万片/月,自产供给和需求之间存在较大差距,主要依赖进口。从全球趋势来看,由于成本和制程等原因,国内12 英寸需求也将越来越大。因此,12英寸半导体级硅片成为未来国内硅片市场主要增长点,带动上游晶体生长设备行业实现规模化增长。晶升装备在三轮问询回复中表示,公司已于2018年率先实现了12英寸半导体级单晶硅炉国产化。虽然产品设备规格指标参数、晶体生长控制指标参数与国外厂商基本处于同一技术水平,但因产业应用时间较短,验证经验相对不足,目前与国外厂商的竞争中还处于相对劣势。以国内12英寸硅片龙头企业沪硅产业(上海新昇)为例,其采购国外厂商S-TECH Co., Ltd半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例超过85%,采购晶升装备12英寸半导体级单晶硅炉产品占采购同类产品比例约为10%-15%。然而,相比国内厂商,晶升装备具有先发及领先优势。其12英寸半导体级单晶硅炉产品技术水平、市场地位及市场占有率国内领先,随着产业应用时间及下游认证的逐步推进,晶升装备将在半导体级单晶硅炉国产化替代进程中具备较强的竞争优势。根据三轮问询回复,目前晶升装备在半导体级单晶硅炉的国内竞争对手主要为晶盛机电及连城数控。晶盛机电及连城数控的的晶体生长设备下游应用领域主要为光伏级硅片领域,晶升装备产品聚焦于半导体级单晶硅炉领域。晶升装备的12英寸半导体级单晶硅炉已实现为国内领先半导体硅片企业沪硅产业(上海新昇)、立昂微(金瑞泓)的批量化销售。其产品的定制化能力、可应用制程工艺、下游量产进度较国内竞争对手具有领先性。晶升装备根据国内硅片行业整体预计新增产能对公司半导体级单晶硅炉市场空间进行测算,预计未来2-3年,公司半导体级单晶硅炉市场空间可达约9-29亿元。
  • KBr溴化钾人工晶体的概念是什么?
    傅里叶红外光谱仪测试样品时不可缺少的就是溴化钾光谱纯(碎晶/粉末),而在实验室做红外测样实验高消耗品之一的溴化钾光谱纯,再次恒创立达为各位大咖普及一下关于溴化钾KBr材料的相关知识。 KBr溴化钾人工晶体概念 我国晶体生长有着悠久的历史,早在春秋战国甚至更早的时期,就有煮海为盐、炼制丹药等晶体生长的时间活动,而同时,世界上随着炼金术的兴起与发展,人工晶体生长,特别是人工晶体气相生长在全世界都有发现。 进入二十世纪后,人工晶体生长才有飞跃式的发展,不仅体现在人工晶体生长理论、人工晶体生长技术上,而且,发现了一大批极有价值的新晶体,为科学进步和人类生活水平提高做出了巨大贡献。 人工晶体生长的水平主要表现在技艺和科学两个方面,其中,晶体生长技术在晶体的研究中占有极重要的地位。晶体是在物相转变的情况下形成的。 由于晶体可以从气相、液相和固相中生长,而不同的晶体材料又有不同的生长条件,加上应用对晶体的要求有时十分苛刻,这样就造成了晶体生长方法的多样性以及生长设备和技术的复杂性:从高真空到超高压,从低温到等离子体高温,从精密检测生长参数到微机自动监控生长过程,从高纯原料到超净环境......,晶体生长技术几乎动用了现代实验技术中一切重要手段,并长出了大量支撑现代科学技术发展的高品质晶体。 人工晶体生长,是物质在一定的热力学条件下相变成为晶体的过程。晶体生长多数是控制生长条件,使生长的原料从液态(熔体或溶液)转变为固态,成为单晶体。也有从气体状态生长晶体的方法。目前,已经发展出来诸如水溶液法、提拉法等许多不同的人工晶体生长方法和技术,用于不同性质的晶体的生长。 晶体生长是一个由小到大的过程,在一个合适的介质条件下,晶体生长有三个阶段:首先是介质达到过饱和,过冷却,或者融熔阶段,其次是成核,即晶核形成阶段,最终是晶体生长阶段。晶核是晶体的萌芽状态。下面是四溴化碳中添加红色燃料杂质后形成枝晶的过程。
  • 浅析蛋白质晶体成像仪
    蛋白质(protein)是组成人体一切细胞、组织的重要成分,是生命的物质基础,分子结构由α—氨基酸按一定顺序组合和排列形成氨基酸顺序不同的多肽链,这些多肽链进一步通过交联构成。蛋白质的复杂结构是其功能多样性的前提和基础,对其分子结构及发挥生物活性的机制进行研究具有重要意义。蛋白质空间结构(图片来源:网络)与其他有机或无机化合物晶体结构一样,蛋白质晶体结构是由相同的蛋白质分子或蛋白质分子复合物在空间中有序排列,从而构成的规则的3D阵列。根据蛋白质晶体结构排列的对称性,晶体中的所有分子相对于晶格具有有限数量的独特取向。蛋白分子通过在晶格中的有序排列,将单个分子的衍射值叠加,最终获得足以测量的衍射强度,其中晶格起到放大器的作用。结晶研究作为探究生物大分子结构及功能的重要手段,有力的推动了蛋白质分子结构的研究进程。 蛋白质晶体结构(图片来源:网络)时至今日,蛋白结晶还存在许多问题,制约着蛋白结构测定的速度。工欲善其事必先利其器,蛋白晶体成像仪作为高通量筛选蛋白质结晶的重要工具,可进行蛋白晶体研究的自动化成像和分析,为下一步进行蛋白质晶体衍射、确定结构奠定基础,最终应用于制药和生命科学领域的研究。蛋白晶体成像仪通过精确的温度控制提供稳定的蛋白质晶体培育环境,在甄别分析中,通过可见光、偏振光、紫外三种模式辨别晶体是否为蛋白晶体并观察晶体成长过程,可对晶体快速定位、自动化拍摄高质量影像。相比传统显微镜,它在蛋白晶体观察捕获的敏感度、成像质量、样本的自动定位等方面都有了很大提升,重要参数指标包括物镜倍数、附镜倍数、数值孔径、景深(mm)、视场(mm)、像素尺寸(μm)、光学分辨率(μm)等。目前市场的蛋白质晶体成像仪主流厂商有赛默飞、腾泉生物、安捷伦、Formulatrix等,不同品牌产品也各具特色。以Formulatrix的产品为例来介绍蛋白质晶体成像仪,蛋白晶体成像仪同时具备可见光和紫外荧光功能,可创造蛋白晶体的培养、成长环境,精确恒定温度和振动隔离。除此之外,仪器提供最多970个结晶板的存储和培养空间,能实现准确实验样本自动定位、智能影像捕捉拍摄等功能。在观察晶体成长过程的同时,可进行数据库数据对比和搜索,以确定蛋白晶体的存在和成长,对蛋白质晶体进行跟踪研究。蛋白液滴定局部成像(图片来源:Formulatrix)蛋白质晶体可见光及紫外成像(图片来源:Formulatrix)更多信息,点击进入仪器信息网相关仪器专场:https://www.instrument.com.cn/zc/2582.html
  • KBr溴化钾人工晶体是如何生长的?
    据2020年6月19日本司动态新闻发布关于KBr溴化钾人工晶体的概念是什么?受到很多大咖的关注。借此要求我司会履行为大咖们续写关于溴化钾相关知识,为大咖们在选择仪器或者仪器耗材时做好准备。 今天恒创小编深入解读一下KBr溴化钾人工晶体生长过程是怎样的呢? 所谓生长,对于生物体而言,就是一个从小到大,从幼稚到成熟的过程。生物体生长需要养料,需要空气、阳光等环境。同样,对于“晶体的生长”,也是一个晶体从小到大的不断变化的过程,也需要养料(原料)和合适的环境,如生长炉、合适的温度等。 不同的生物体的生存环境、生长发育各不相同,同样,对于晶体而言,不同的晶体有不同的生长过程,需要不同的生长条件,有相应的不同的晶体生长技术和方法,其晶体生长的过程和要求也有所不同。 下面,我们将以提拉法晶体生长为例,介绍晶体生长的过程。 提拉法是一种从熔融原料中生长晶体的方法,在受控条件下,使籽晶和熔体的交界面上不断进行原子或分子的重新排列,随降温逐渐凝固而生长出单晶体。提拉法生长晶体的过程大致分为多晶料烧结(含称料、混料、烧料、二次烧结等)、提拉晶体(含化料、下籽晶、放肩、生长等)以及晶体出炉几个步骤。对于上述晶体生长的概念和过程,您可以在后面的页面后找到详细的描述。
  • 可在P型与N型间转换的新式晶体管问世
    据美国物理学家组织网12月21日(北京时间)报道,德国科学家研制出一种新式的通用晶体管,其既可当p型晶体管又可当n型晶体管使用,最新晶体管有望让电子设备更紧凑 科学家们也可用其设计出新式电路。相关研究发表在最新一期的《纳米快报》杂志上。   目前,大部分电子设备都包含两类不同的场效应晶体管:使用电子作为载荷子的n型和使用空穴作为载荷子的p型。这两种晶体管一般不会相互转化。而德累斯顿工业大学和德奇梦达公司携手研制的新式晶体管可通过电信号对其编程,让其自我重新装配,游走于n型晶体管和p型晶体管之间。   新晶体管由单条金属—半导体—金属结构组成的纳米线嵌于一个二氧化硅外壳中构成。从纳米线一端流出的电子或空穴通过两个门到达纳米线的另一端。这两个门采用不同方式控制电子或空穴的流动:一个门通过选择使用电子或空穴来控制晶体管的类型 另一个门则通过调谐纳米线的导电性来控制电子或空穴。   传统晶体管通过在制造过程中掺杂不同元素来确定其是p型还是n型,而新式晶体管不需要在制造过程中掺杂任何元素,通过在一个门上施加外部电压即可重新配置晶体管的类型。施加的电压会使门附近的肖特基结阻止电子或空穴流过设备,如果电子被阻止,空穴能流动,那么,晶体管就是p型,反之则是n型。   研究人员解释道,使这种再配置能起作用的关键是调谐分别通过肖特基结(每个门一个)的电子流动情况,模拟显示,纳米线的几何形状在这方面起关键作用。   尽管该研究还处于初期阶段,但新式晶体管展示出了极佳的电学特性。比如,与传统纳米线场效应晶体管相比,其开/闭比更高,且漏电更少。该研究的领导者沃尔特韦伯表示:“除采用人造纳米线外,采用目前先进的硅半导体制造技术也可以制造出这种晶体管,还可以用到自对准技术,大大提高工作频率和速度。”   接下来,科学家们计划通过改变材料的组成来改进新式晶体管的性能,并制造出由其运行的电路。他们表示,最大的挑战是,在将其与其他晶体管结合在一起时,如何将额外的门信号整合进来。
  • 我科学家发现一种新型光学晶体
    本报北京2月28日电 2月19日的《自然》杂志,以《中国藏匿的晶体》为题,用3页篇幅对中科院理化技术研究所陈创天院士率领的团队,发现并生长出一种最新的光学晶体———氟代硼铍酸钾(KBBF)晶体进行了详细报道,并称“中国实验室成为这种具有重大科学价值的晶体的唯一来源,它表明中国在材料科学领域实力日益增强”。   KBBF晶体是目前唯一可直接倍频产生深紫外激光的非线性光学晶体,是在非线性光学晶体研究领域中,继硼酸钡、三硼酸锂晶体后的第三个“中国产”非线性光学晶体。《自然》杂志称:“其他国家在晶体生长方面的研究,目前看来还无法缩小与中国的差距。”   陈创天团队经过18年研究,采用“局域自发成核生长技术”,突破大尺寸KBBF晶体生长的技术瓶颈,生长出迄今为止尺寸最大的透明块状KBBF单晶,并结合他们发明的非线性光学晶体的棱镜耦合专利技术,成功制作出KBBF晶体厚度为2.3毫米的光接触棱镜耦合器件,保证了产生深紫外激光的实用性和精密化性能。这项技术为193纳米光刻技术系统中所需要的全固态光源奠定了基础。目前,该技术已获中国、美国和日本发明专利授权。   KBBF晶体能够缩短激光的波长,装备该晶体的各种激光器能发出具有极窄频宽的紫外光波,可测量固体电子能级的分辨率达到360微电子伏特 并可用于建造超高分辨率光电子能谱仪、超导测量、光刻技术等前沿科学研究,对未来的微纳米加工、生物医学、激光电视等将产生深远影响。
  • 分子大小的晶体管新鲜出炉
    在一个砷化铟晶体上,12个带正电的铟原子环绕着一个酞菁染料分子,这就是科学家最新研制的分子大小的晶体管。按照摩尔定律的硬限制,这很可能是一个晶体管所能达到的最小尺寸。  新型晶体管是由德国PDI固体电子学研究所、柏林自由大学、日本NTT基础研究实验室和美国海军研究实验室研究人员组成的国际团队开发的。这一发表在科学期刊《自然物理》上的最新成果朝着量子计算迈出一大步。  构成晶体管的每个铟原子的直径是167皮米(0.167纳米),比目前的最小电路——IBM公司刚刚推出的7纳米芯片(晶体管尺寸为7纳米)要小42倍。人类发丝厚度为10万纳米,大约是铟原子尺寸的60万倍 红血球直径6000纳米,是它的36000倍 甚至只有2.5纳米宽的DNA链,大小也达到了铟原子的15倍。  在这样的原子尺度上,电子流通常很难得到可靠地控制,电子会跳到晶体管外,导致晶体管无效。英国《卫报》网站21日报道称,研究团队使用一个扫描隧道电子显微镜,将铟原子放置在精确位置上,并对通过栅极的电子流进行控制。他们意外发现,位于晶体管中心的酞菁染料分子的方向是由其电荷决定的,这意味着,与传统晶体管只有一种简单的类似开关的状态相比,新型晶体管可能并不只限于此。  研究证明,通过精确控制原子来创建一个比现有任何其他量子系统都要小的晶体管是可能的,它也为进一步研究如何将这些微晶体管应用于处理能力超过目前水平几个数量级的计算机和系统打开了大门。  摩尔定律说,集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18个月到24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。芯片上集成的晶体管越多,其功能越强大。目前最新款计算机芯片已经突破7纳米尺度,向更小型化发展越来越难。虽然单分子晶体管距离集成到芯片中还很遥远,但这项新研究仍将有助于下一代计算机——量子计算机的开发。
  • 新型生物纳米电子晶体管构建成功
    5月13日,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 建造了可由三磷酸腺苷(ATP)驱动和控制的生物纳米电子混合晶体管 。他们称,新型晶体管是首个整合的生物电子系统,其将为义肢等电子修复设备与人体的融合提供重要途径。相关研究发布在近期出版的《纳米快报》(Nano Letters)上。   三磷酸腺苷可作为细胞内能量传递的“分子通货”,储存和传递化学能,为人体新陈代谢提供所需能量;其在核酸合成中亦具有重要作用。   该实验室的研究人员亚历山大诺伊表示,离子泵蛋白是新型晶体管装置中最核心的部分。此次开发的晶体管由处于两个电极之间的碳纳米管组成,起半导体的作用。纳米管的末端附有绝缘聚合物涂层,而整个系统则包裹于双层油脂膜之中,与活体细胞膜的原理相似。当科学家将电压加在电极之上时,含有三磷酸腺苷、钾离子和钠离子的溶液便会倾泻而出,覆盖在晶体管装置表面,并引发电极之间电流的流动。使用的三磷酸腺苷越多,产生的电流也越强烈。   科学家解释说,之所以会产生如此效果,是由于双层油脂膜内的蛋白质在接触三磷酸腺苷时会表现得如同“离子泵”一般。在每个周期中,蛋白质会往一个方向抽送3个钠离子,并向相反方向抽送2个钾离子,致使1个电荷在“离子泵”的作用下越过双层油脂膜抵达纳米管之中。随着离子的不断累积,其将在纳米管中部的周围产生电场,从而提升纳米晶体管的传导性。   耶路撒冷希伯来大学的伊特玛维尔纳表示,这一生物电子系统通过离子运动将纳米层级的机械能转化为了电能,从而为晶体管的运行提供了支持。在这种情况下,晶体管可被用于制造由生物信号驱动和控制的电子设备。例如,这一进展能使电子仪器不需电池或其他外界电力供给便可永存于体内,而义肢等人体修复器械也有望直接与人体 神经系统 “连线”。诺伊希望,这种技术将来能被用于建设无缝生物电子界面之中,以实现生物体和机器的更好沟通。
  • 耐上千摄氏度高温的光子晶体问世
    据美国物理学家组织网近日报道,美国麻省理工学院(MIT)的一个研究小组找到了一种采用金属钨或钽制造出可耐受1200摄氏度高温的光子晶体途径。这种材料可广泛应用于智能手机、红外线化学探测器和传感器、深度探索太空的宇宙飞船等供电装置。相关论文刊登在最新一期的《美国国家科学院院刊》上。   光子晶体指能对光作出反应的特殊晶格,可影响光子运动的规则光学结构,类似于半导体晶体对于电子行为的影响。其晶格尺寸与光波的波长相当,是不同折射率的电介质材料在空间呈周期性排列构成的晶体结构。   MIT军用纳米技术研究所工程师赛拉诺维奇表示,几乎完全可以采用标准的微细加工技术和现有设备将这种新型耐高温、二维光子晶体制造成计算机芯片。与早期制造的高温光子晶体的方法相比,采用新方法制造出的材料具有“更高性能、简单操作、坚固耐用”等特点,适合低成本的大规模生产。   美国国家航空航天局也对这种材料很感兴趣,因为它具有为深度探索太空提供永续动力的潜力。完成这样的任务通常利用少量的放射性物质的能量,采用放射性同位素热电源(RTG)。例如,计划在今年夏天抵达火星的“好奇”号探测器使用的就是RTG系统,可以连续不间断作业多年,而不像太阳能供电站,到了冬天就会出现发电不足的情况。   这种耐高温光子晶体应用前景十分广阔,可用于太阳能光热转换或太阳能光化学转换装置、放射性同位素的供电设备、氮氢化合物发电机或工业领域电厂余热回收的配套设施等。但制造这种材料还存在许多障碍,高温会导致晶体蒸发、扩散、腐蚀、开裂、熔化或快速化学反应。为了克服这些挑战,MIT的研究小组正在对高纯度的钨在结构上进行专门精密的几何设计,以避免材料在被加热时损坏。   该材料还可以取代电池,为便携式电子设备有效供电,采用丁烷作燃料运行热光生电机产生能量,作业时间比电池长10倍。
  • 联影开建世界最大高端医械晶体生产基地
    在科创板过会、研发取得重大突破的联影医疗又有大动作!6月18日上午,2022年常州国家高新区重点项目集中签约“拿地即开工”仪式上,联影高端医学影像设备及核心部件项目等总投资103.4亿元的12个重点项目落地。随着“健康中国”已上升为国家战略,我国大健康市场快速扩容、高端医学影像行业支持力度增加以及新冠疫情的常态化防控等因素都促进了对医学影像设备的潜在需求,经过十余年国产医学影像设备技术的发展以及相关核心部件公关,国产品牌的进口替代趋势愈发明显,进口品牌的市场份额呈现下降趋势。据了解,联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT(直线加速器)的部件加工和整机生产规模,以及500台PET-CT的晶体生产能力,项目建成后,将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地,这将极大地满足国内医学影像设备需求。01、要建世界最大高端医疗设备晶体生产基地围绕《新材料产业发展指南》明确的十大重点领域,力争到2020年在关键领域建立20家左右。“医疗器械材料生产应用示范平台”即此前工信部按照国家新材料产业发展总体规划,在“生物医药 和高性能医疗器械材料”领域部署的国家级应用示范平台。LYSO/LSO晶体在核医学设备、高能物理、油井钻探、安全检查、环境检查等领域应用广泛,是目前全球最重要和最理想的射线探测器材料之一。当前,我国正推动大型医疗设备国产化,为打破国外材料供应商对国内医疗设备厂商的垄断供应局面,进一步完善国产高端医疗设备的研发、生产体系,LYSO/LSO晶体等闪烁晶体材料的国产化是重要环节。而在影像产业链中,核心部件主要涉及闪烁晶体、液氦、X射线球管、高压发生器、探测器等。闪烁晶体是能够与X射线、伽玛射线、带电粒子等粒子发生作用,将粒子沉积在闪烁晶体中的动能转换为可见光光子的透明晶体。硅酸钇镥(LYSO)稀土闪烁晶体作为PET探测器的核心部件,占到PET/CT整机成本的40%-50%,与溴化镧稀土闪烁晶体同为最具商业价值的新材料。国产PET/CT无论是关键技术还是核心材料,均已不逊色国外品牌,甚至在一些“卡脖子”的原材料方面也取得了突破性进展,2019年,联影医疗联合下游企业——上海新漫晶体,通过上海市工业强基项目“符合PET/CT需求的大尺寸晶体的开发与产业化”的持续攻关,制定晶体性能指标要求,承担晶体性能检测、效果验证等工作,实现了LYSO 晶体的国产化,解决了国产PET/CT对进口晶体的依赖问题。现在,上海新漫系联影重要子公司,为公司提供分子影像产品重要原材料LYSO闪烁晶体。除了晶体制造技术,联影公司还掌握探测器技术、数据传输和处理技术、产品设计和制造能力等,在高端医疗影像设备研发及产业化中联影展现更大雄心,在刚过科创板的招股书中:联影要新建高端智能制造工厂,购置和安装必要的产线生产设备、自动化升级设备、自动控制设备、立体仓库和物流设备以及搭建厂区智能化系统,建成后主要用于生产高端XR、CT、PET/CT、MR和PET/MR等系列产品;新建生产研发楼;新建配套综合楼以及其他配套设施。RT在研产品 CT在研产品2018 年,联影医疗uRT-linac 506c 获NMPA 医疗器械技术审评中心第三类医疗器械认证,是世界首款一体化CT 直线加速器。目前联影医疗在放疗领域的前沿性、关键性技术的掌握情况如下:联影医疗对加速管、多叶光栅已实现自研自产,并结合治疗床技术,精密剂量控制系统,治疗计划系统,肿瘤信息系统等方面形成技术基础。未来联影医疗在放疗领域核心部件的布局规划主要包括下一代功率源系统、加速管系统、新一代多叶光栅等。经过多年的经营积累,常州联影已具备包括MR、CT、DR和RT在内的高端医学影像设备上游机加工和整机生产能力。此次,常州联影高端医学影像设备及核心部件项目将规划达成400台RT(直线加速器)的部件加工和整机生产规模,以及500台PET-CT的晶体生产能力。项目建成后,将成为世界上最大的高端医疗设备晶体生产基地。02、揭秘联影常州基地重大项目建设,是经济发展的“稳定器”。二季度,常州强保障、优服务,启动“拿地即开工”攻坚行动,保障重大项目快开工、快推进、快投产,以项目之“进”撑经济发展之“稳”。在科技创新的加持下,常州产业发展的韧性得以进一步加强:全国每五台工业机器人中,就有一台是“常州造”;动力电池年产值国内第一,占全国份额的三分之一、全省的三分之二;智能制造装备、新型碳材料产业集群进入“国家队”… … 瞄准“国际化智造名城、长三角 中轴枢纽”发展定位,常州正在智能制造上找准定位、增强特色、拉长长板。2022年,常州国家高新区确立实施173个重点项目,年内计划投资367亿元。今年以来,常州高新区全面深化“招推服一体化”改革,最大程度压缩审批时限,在签订土地出让合同的当天即同步下发“四证五书”,实现从拿地到开工“零时差”。本次集中签约项目共24个:包括总投资30亿元重大项目1个,精品外资项目5个,高端智造产业及生产性服务业项目12个,科技人才项目6个。在此次签约仪式上,新北区代区长石旭涌为12个拿地即开工项目代表:联影(常州)二期项目负责人颁发了证书。据了解,今年二季度,常州国家高新区共有40个开工重点项目,总投资达231.6亿元。联影(常州)医疗科技有限公司是全球单体规模最大的全线高端医疗设备生产基地。联影(常州)项目总占地面积340亩,一期用地162亩,建筑面积91505平方米,总投资15亿元,建成后形成年产数字平板X射线成像系统3600套、CT系统500套、分子影像系统(磁共振成像)720套、放射治疗仪系统400套的生产能力。2020年销售额为9.92亿元,纳税额为1.3亿元。联影自落户常州高新区以来,始终保持高质量发展态势,取得了很好的发展。新冠疫情期间,联影在第一时间驰援武汉,更是展现出了让人称赞的“中国速度”。据介绍,从小年夜到年初五,按计划生产的移动DR15台,CT530系列设备10台,已基本按需完成。后续,仍保质保量供应。去年1月19日上午,常州国家高新区与联影医疗技术集团举行项目签约仪式,联影医疗技术集团决定在常州高新区投资30亿元,建设二期新项目,作为全国获得国家专利金奖和商标金奖仅有的两家企业之一,上海联影医疗科技股份有限公司在投资联影(常州)一期项目基础上,今年投资建设的二期项目正式启动,此次联影高端医学影像设备及核心部件项目要建成的世界最大高端医疗设备晶体生产基地便在该期项目中。联影(常州)医疗科技有限公司总经理严全良感慨道:“联影(常州)一期项目在整个报建、生产过程中,得到了市、区、镇各级政府的大力支持和帮助!原本至少近70个工作日的审批过程,缩短为1个工作日,真正做到了‘拿地即开工’。政府部门高效的审批,让我们企业真正实现了‘少走路’、‘少等待’,帮助我们项目‘早开工、早投产’”。03、差异化定位、区域化分工构建的全球化产能格局形成上海联影医疗科技股份有限公司成立于2011年3 月,是联影医疗技术集团的总部,研发中心辐射全球,主要从事高端医学影像诊断产品、放射治疗产品及高端生命科学仪器的设计、研发、生产和销售,并提供配套智能化、信息化解决方案,主打高端医疗设备市场,有国内唯一设计、研发、制造医用1.5T、3.0T超导磁体等全线产品的能力。2020年,联影医疗在武汉全面布局,总投资约50亿元,占地20余万平方米的联影医疗武汉总部基地一期已正式启用,是全球高端医疗设备行业规模最大,最具特色的研发、生产、运营中心。同时,联影智能武汉分部、UIHCloud联影云总部也“安家”于此。联影武汉总部基地智能制造中心该基地投用后,到2028年,将实现高端医疗设备本土化生产和销售,预计年收入百亿元。联影医疗将在武汉重点打造联影高端医疗设备研发及智能制造中心,自主研发生产手术机器人、医疗可穿戴设备等先进医疗装备。常州是一个世界级加工基地,联影认为整个产业链的把控才能确保产品的质量,才能确保最优的性价比利用一流设备,从原材料精加工到模具都是自己做。此外联影在美国德州还拥有休士顿研发基地,并称未来在国外还会建更多生产基地,进入世界市场。去年9月24日,虹桥国际开放枢纽重大项目集中开工长宁区分会场活动,在联影智慧医疗产业园项目建设工地举行,联影智慧医疗产业园是此次5个集中开工的参与项目之一。联影医疗科技智慧医疗总部项目位于广顺北路临华路,用地面积约2.99万平方米,地上建筑面积约9.45万平方米,地下建筑面积约8万平方米。园区主要包括联影智慧医疗全球总部、中国智慧医学影像研究院及智慧影像产业基地、智慧医疗亚洲体验中心及旗舰店、联影互联网医院管理中心、联影全国基层医疗升级指导培训中心和共建关键学科专家工作室中心,将建成具备集团优势、生态优势和运营团队优势的产业集聚区。据文汇报报道,未来五年联影智慧医疗预期年收入100亿元,团队接近5000人,服务覆盖国内大部分地区,带动医疗大健康领域人工智能技术设备创新和医疗健康产业的产融结合服务创新,催生1000亿元产业规模,助力长宁相关产业发展。联影医疗产业化示范基地二期效果图今年1月6日,联影医疗产业化示范基地二期项目作为嘉定新城今年首批6个重大项目之一正式启动建设。此次启动建设的联影医疗产业化示范基地二期,将建成为全球规模领先的、国际一流的现代化、智能化高端医疗装备研发生产基地。据悉,联影医疗产业化示范基地二期项目总投资31.26亿元,总建筑面积约42万平方米,将建设成为集技术研发、智能制造、国际交流培训、全球品牌展示、生活服务、中央公园等功能于一体的智慧园区,可容纳8000-10000人。园区将由曾设计上海中心大厦的全球顶尖建筑设计公司Gensler设计,预计2024年底竣工。此次,大手笔打造的“超级工厂”将作为公司全球研发总部,新基地对标国际最高水平,加速下一代产品与技术研发创新,推动PET/MR、PET-CT、MR、CT、XR等全线高端医疗装备、核心部件与先进技术从研发到产业化的进程,推动“卡脖子”技术自主可控。新基地还将打造数智化超级工厂,借助工业物联网、大数据、人工智能等前沿技术,将实现生产制造、仓储、物流等各环节生产要素全面感知和控制,以自动化、智能化、精密化的生产及运营管理,大幅提升全线高端产品全球供给能力与速度。由此,上海总部基地、常州工厂、武汉基地、美国基地几大基地之间也将构建起差异化定位、区域化分工的全球化产能格局。两月前,万众瞩目的联影医疗终于过会了!融资金额高达124.8亿元,市值有望破千亿,这也是科创板市场2022年以来IPO规模最大的上市企业。募集资金用于下一代产品研发、高端医疗影像设备产业化基金项目等,提前规划“多中心、分级次”的生产基地战略布局,新建生产基地,将有力提升公司品牌的全球影响力。
  • 化学所在金属配合物低维晶体方面取得新进展
    p & nbsp & nbsp 低维有机晶态材料具有规整度高和结构缺陷少的特点,是揭示材料本征特性和构筑高性能光电器件的最佳选择之一,近年来在有机半导体电子学和纳米光子学等方面取得重要应用。考虑有机分子的组装特点,通常使用具有较强分子间作用力的平面型有机分子来制备高规整度的低维晶体。相比较,钌、铱等过渡金属配合物虽然被广泛用于多种光电领域,但因其溶解性较差和分子结构非平面型的特点,相关低维晶态材料的可控制备鲜有报道。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 在国家自然科学基金委和中国科学院先导项目支持下,中科院化学研究所光化学实验室姚建年/钟羽武研究团队近年来在光功能金属配合物的设计合成与光电性能方面开展了系统性工作(J. Am. Chem. Soc.2015, 137, 4058 Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 9192 & nbsp Coord. Chem. Rev.2016, 312, 22 & nbsp Sci. China Chem.2017, 5, 583)。在此基础上,他们近期选取两种结构和溶解度相似的金属铱、钌光功能配合物作为能量给、受体,制备了双组份均匀掺杂或异质结纳米棒晶体,实现高效三线态能量转移和微纳尺度下多级组装过程的原位观察(J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 4269-4278)。 /p p style=" text-align: justify " & nbsp & nbsp 最近,科研人员通过溶液再沉淀法成功制备了甲基化苯基吡啶金属铱配合物的高质量一维管状微纳晶体,并进一步通过晶体掺杂,得到了两种不同铱配合物的二元能量转移晶体,实现聚集发光淬灭(ACQ)受体的光放大和微纳尺度温度响应功能。研究表明,当受体的掺杂量为0.2%时,此类晶体可以实现接近80%的三线态能量转移效率和800倍以上的受体磷光放大。在常温时,晶体表现出受体的红色磷光,固态量子产率达到40%。随着温度的降低,晶体的激子能量转移受到抑制,给体的绿色发光重新被激活,实现微纳尺度下发光颜色变化的原位调控与温敏监测。该工作表明了过渡金属配合物在低维晶体制备与光功能方面的独特应用,并为三线态激子能量转移的机制研究提供重要信息(Angew. Chem. Int. Ed.2018, 57, 7820-7825)。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/e32021df-136a-457d-afb5-bfd3ccfeb16d.jpg" title=" 3.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图:基于金属配合物低维晶体的光放大与温度响应 /p p br/ /p
  • 3D打印新技术精细“雕刻”光子晶体
    五彩缤纷的蝴蝶翅膀、光鲜靓丽的孔雀羽毛、闪耀着金属光泽的昆虫甲壳……点缀着这些大自然奇妙杰作的并非普通色素,而是光与光子晶体结构发生散射、干涉、衍射等作用后形成的结构色。光子晶体是由不同折射率介质周期性排列而形成的光学超材料,也被称为光学半导体。通过设计和制造光子晶体材料及相关器件来控制光子运动,并在此基础上进一步实现光子晶体材料的各种应用,是人们长久以来的梦想。近日,中国科学院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林、副研究员吴磊等研究人员组成的研究团队利用连续数字光处理(DLP)3D打印技术,实现了具有明亮结构色的三维光子晶体结构制备,为创新结构色制备方法及扩展3D打印的应用开创了新的途径。创新方法,让光子晶体精准“生长”光子晶体作为未来光子产业发展的基础性材料,其独特的三维光学控制能力使其在集成光学元件、光子晶体光纤及高密度光学数据储存等领域都有广阔的应用前景。3D打印技术近年来的成熟发展,也使其成为最好的光子晶体制备手段之一。宋延林向记者介绍,虽然近年来有一些将3D打印技术应用于多种图案化光子晶体制备的案例,但普通的3D打印技术因为墨水中树脂的光固化速度和纳米粒子组装速度的差异,存在结构色效果较差、打印精度较低、难以实现复杂三维结构等问题。上述方法制备的多种图案化光子晶体具有表面形貌粗糙和保真度较差等缺陷,难以被广泛应用于光学器件中。要实现高精度、高保真的光子晶体结构3D打印,就必须要开拓出新的方法。此次研究中,研究团队使用了连续数字光处理3D打印技术。与常见的将原材料层层挤出、堆叠而成的3D打印技术不同,连续数字光处理3D打印技术基于光敏树脂材料在紫外线照射下会快速固化的特性,利用紫外线光束在光敏树脂溶液中雕刻形成3D结构。此次研究团队所采用的连续数字光处理3D打印方法主要的打印步骤如下:首先,在透明基板上滴上墨水,将墨水上方的成型平面缓缓下降,与墨水进行接触;接下来,通过基板下方的光束将打印图案照射在墨水上;之后,受到紫外线照射的墨水会凝固成预先设计好的形状。一滴滴小小的墨水被“雕刻”为一个3D光子晶体结构,其整个产生的过程仿佛是从基板上“生长”出来。宋延林表示,研究团队所采用的连续数字光处理3D打印技术主要在两方面上取得了重要改进。在打印模式上,市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术大都是层层打印,打印速度较慢。研究团队研发出的低黏附光固化界面,让液滴与基底之间的粘附力极低,打印过程没有任何“拖泥带水”,能够实现迅速连续打印成型,极大地提升了打印的速度。在成型方式上,市面上的光固化连续数字光处理3D打印技术通常要采用液槽来盛装大量液态树脂。采用液槽来盛装大量液态树脂的方式导致在连续打印过程中,不该固化的区域因为受到照射而固化,不仅造成原材料的大量浪费,也降低了连续打印过程中的稳定性及分辨率。研究团队摒弃了液槽,而是以单墨滴为成型单元,通过控制固化过程中气、固、液三相接触线,显著减少了液体树脂在固化结构表面的残留。同时,以单墨滴为成型单元还降低了界面粘附,增加了液体内部树脂的流动,显著提高了3D打印的精度和稳定性。克服困难,逐个击破墨水难题除了创新打印方式,此次研究中,研究团队对打印所需的墨水也进行了大胆革新。“我们这次研究中最困难的环节就是打印墨水的开发。”宋延林表示。针对上述问题,研究团队创造性地研发出了利用氢键辅助的胶体颗粒墨水,赋予了打印结构高质量的结构色与光子晶体特性。研究团队研发的墨水由三部分组成:实现三维结构构建的光固化单体和光引发剂、保证结构色的纳米颗粒、减少光散射的添加剂。在单体的选择和引发剂合成上,考虑到环保要求,研究团队合成的墨水为水性体系。但由于目前广泛使用的引发剂大多为油溶性,少数水溶性的引发剂又与3D打印所采用的光波波长不匹配,光引发效率较低。为了能够得到较高光引发效率的水溶性引发剂,团队查阅了大量文献并进行了反复的摸索实验,最终成功合成出了水溶性的光引发剂。除了引发剂,光固化单体的选择更加至关重要。宋延林表示,合格的光固化单体必须满足既能实现三维结构化,又不能在打印过程中引起聚合物和纳米颗粒的相分离的条件。论文第一作者张虞表示,“最终我们找到了丙烯酰胺这种适合的单体。”选定单体后,还需确定光固化单体与纳米颗粒的比例。如果光固化单体较少,就会无法打印。反之,如果光固化单体太多,则会影响纳米颗粒的运动和分散,进而影响结构色的质量。团队经过大量实验,对多种不同的比例组合反复尝试,最终确定了最佳比例。最后,为了减少光的散射对打印过程的影响,尽可能地提高打印结构的色彩饱和度,在添加剂的选择上,团队尝试了包括碳纳米管、碳纳米纤维以及黑色墨水等多种材料。但上述材料均存在种种缺陷,研究团队最终将经过特殊处理的炭黑作为添加剂。前景广阔,让结构色“五彩斑斓”在此次研究中,研究团队发现,视角、胶体颗粒粒径以及打印速度等因素都会影响3D结构色的呈现。当胶体颗粒粒径和打印速度不变时,随着视角增加,结构色蓝移,即从橙色转变为黄绿色,最后转变为蓝紫色。这种视角依赖的特性,使得连续数字光处理3D打印技术在个性化珠宝配饰及装饰、艺术创作等领域有着比较广阔的应用前景。除了视角变化会影响结构色的呈现外,当打印速度固定时,控制固定胶体颗粒粒径、调节打印速度,都可以得到覆盖可见光范围的系列结构色。采用顺序切片、依次投影、分段打印的方式,还可使同一物体结构上呈现出多种结构色。除了实现“信手拈来”般地制备结构色,研究团队利用此种连续数字光处理3D打印技术制备出的多种具有光滑内外表面、低光学损耗及颜色选择性的线性光传输和非线性光传输3D结构,也验证了该方法在制造高效光学传输器件方面的独特优势。宋延林表示,未来研究团队会在光子晶体功能器件的制备方面继续进行新的探索。
  • 《石英晶体微天平-原理与应用》 一书出版
    由华南理工大学 张广照教授和中国科学技术大学刘光明教授合著的“石英晶体微天平-原理与应用”一书,近日由科学出版社出版。该书从石英晶体微天平的原理入手,深入浅出,详细介绍了使用石英晶体微天平在界面接枝高分子构象行为、高分子表面接枝动力学、聚电解质多层膜、磷脂膜、抗蛋白吸附以及纳米气泡表面清洁技术中的应用。本书在介绍石英晶体微天平基本原理的基础上,重点向读者展示了如何利用石英晶体微天平作为一项表征技术去研究界面上的一些重要科学成果。为了便于回答有关疑问,本书的应用例子均选自作者实验室的研究成果。
  • 深紫外非线性光学晶体材料研究获进展
    深紫外激光具有波长短、光子能量高等优点,因而在高分辨率成像、光谱应用、微细加工等诸多领域具有重要的应用价值,利用深紫外非线性光学晶体进行变频是获得深紫外激光的主要手段。优良的深紫外非线性光学晶体既要具有大的非线性光学效应,又要具有短的紫外吸收边,而这两种性能在某种程度上是相互冲突的,这就需要在两者之间达到一个微妙的平衡。目前,已知的深紫外非线性光学晶体几乎都是硼酸盐,基于磷酸盐的深紫外材料极为少见且非线性光学效应较弱。   在国家基金委优秀青年基金及科技部&ldquo 973&rdquo 重大研究计划等项目的支持下,中国科学院福建物质结构研究所中科院光电材料化学与物理重点实验室罗军华课题组引入较大尺寸的碱土金属和碱金属阳离子到磷酸盐中,成功构建了两个不含对称中心的新型磷酸盐化合物RbBa2(PO3)5和Rb2Ba3(P2O7)2。其中,RbBa2(PO3)5兼具深紫外磷酸盐中最短的紫外吸收边(163 nm)和最大的粉末倍频效应(1.4倍KDP),从而在这两者之间实现了很好的平衡。同时,RbBa2(PO3)5在1064 nm处相位匹配,同成分熔融,易于晶体生长,这使得RbBa2(PO3)5作为深紫外非线性光学材料具有潜在应用前景。此外,该课题组与中科院理化技术研究所林哲帅研究员合作对相关磷酸盐的光学性质作了理论计算,发现随着磷氧结构基元中[PO4]3-单元聚合程度的提高,相应磷氧结构基元的微观非线性光学系数增大 在RbBa2(PO3)5晶体结构中,[PO4]3-单元共顶点连接形成无限的一维[PO3]&infin 链,从而使RbBa2(PO3)5显示出较大的非线性光学活性,这一工作为设计具有高非线性光学活性的深紫外磷酸盐材料提供了新思路。相关研究成果发表在了《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.,2014, DOI: 10.1021/ja504319x)上。   最近,该课题组在非线性光学材料探索及其倍频机制研究方面取得了一系列进展,相关成果见Nat. Comm., 2014, 5:4019DOI: 10.1038/ncomms5019 Inorg. Chem., 2014, 53, 2521 J. Mater. Chem. C, 2013, 1, 2906 RSC Adv., 2013, 3, 14000等。此前,该课题组在相关极性分子光电功能晶体材料研究方面取得了重要进展,相关成果见Adv. Mater.,2013, 25, 4159 Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 3871 Adv. Funct.Mater.,2012, 22, 4855等。   福建物构所深紫外非线性光学晶体材料研究获进展
  • 世界最小晶体管问世 仅由7个原子构成
    5月26日,据物理学家组织网报道,美国与澳大利亚科学家成功制造出世界上最小的晶体管——由7个原子在单晶硅表面构成的一个“量子点”,标志着我们向计算能力的新时代迈出了重要一步。   量子点(quantum dot)是纳米大小的发光晶体,有时也被称为“人造原子”。虽然这个量子点非常小,长度只有十亿分之四米,但却是一台功能健全的电子设备,也是世界上第一台用原子故意造出来的电子设备。它不仅能用于调节和控制像商业晶体管这样的设备的电流,而且标志着我们向原子刻度小型化和超高速、超强大电脑新时代迈出的重要一步。   澳大利亚新南威尔士大学量子电脑技术中心(CQCT)和美国威斯康星大学麦迪逊分校研究人员组成的一个联合小组在最新一期的《自然—纳米技术》(Nature Nanotechnology)杂志上详细描述了这一发现。参与这项研究的量子电脑技术中心主任米歇尔西蒙斯(Michelle Simmons)教授说:“这项成就的重要性在于,我们不是令原子活动或是在显微镜下观测原子,而是操纵单个原子,以原子精度将其置于表面,以制造能工作的电子设备。”   “澳大利亚研究小组已可以完全利用晶体硅制造电子设备,我们在晶体硅上面用磷原子替换了7个硅原子,并达到了惊人的精确度。这是重大的科技成就,是表明制造‘终极电脑’(用硅原子制造的量子电脑)可行性的关键一步。”将原子置于某个物体表面的技术——扫描隧穿显微镜——已问世二十年之久。在此之前,没人能利用该技术去制造原子精度的电子设备,然后令其处理来自微观世界的电子输入。   西蒙斯教授说:“电子设备究竟能有多小?我们正在验证它的极限。澳大利亚的第一台电脑在1949年上市,它占据了整个房间,你只能用手拿着零部件。今天,你可以将电脑放在手掌上,许多零部件的直径甚至只是一根头发直径的千分之一。”   “现在我们已经展示了世界上第一台用硅材料在原子刻度下系统性制造的电子设备。这不仅对电脑用户具有特别的意义,对所有澳大利亚人来说都极为重要。过去50年来,电子设备小型化一直是驱动全球经济生产率快速增长的关键因素。我们的研究表明,这个进程仍可以继续。”   美澳联合研究小组的主要目标是用硅原子制造量子电脑,澳大利亚人在该领域拥有独一无二的人力资源,同时处于世界领先地位。这台新电子装置表明,实现设备在原子刻度下制造和测量的技术已经开始来临。   目前,商业晶体管闸极(transistor gate,该装置可令晶体管充当电流的放大器或开关)的长度约为40纳米(1纳米相当于十亿分之一米),量子电脑技术中心的研究团队正在开发长度仅为 0.4纳米的设备。   西蒙斯教授指出,20年前,唐艾格勒(Don Eigler)和埃哈德施魏策尔(Erhard Schweizer)在IBM公司的阿尔马登研究中心,用氙原子造出了IBM公司的标识,这也是当时世界上最小的标识。二人利用一台扫描隧穿显微镜,将35个氙原子置于镍表面,拼出了“IBM”三个字母。   艾格勒和施魏策尔的研究论文发表于《自然》杂志上,他们写道:“设备小型化的基本原理是显而易见的。”二人还在论文中多次提出警告,并在最后总结说:“原子刻度的逻辑电路和其他设备的前景距离我们有些遥远。”西蒙斯教授说:“当时看似遥远的事情如今变成了现实。我们利用这种显微镜不仅可以观测或熟练操作原子,还能用7个原子制造原子精度的设备,令其在真实的环境中工作。”
  • 硒镓钡晶体 助力实现中红外高灵敏探测
    记者从中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称沈阳自动化所)获悉,该所太赫兹研究团队在红外探测领域取得关键技术突破,实现了基于硒镓钡晶体的3—8微米中红外高灵敏探测,对纳秒脉冲的探测灵敏度指标达到国际先进水平。这项技术将为我国在生物、医疗、化工等领域开展前沿科学研究提供强有力的探测工具。相关成果于1月20日刊发在《光学》上。  相对于传统的可见光近红外波段,中红外光与分子之间的共振现象可大幅度提高光谱测量的信噪比,进而实现对物质成分的有效识别。中红外探测技术对于推动生命科学、物性分析等科学探索,以及环保、化工行业、医学诊断等实际应用具有重要意义。当前的中红外探测主要采用热探测和光电探测两种直接探测手段,难以满足科学家们对微量物质的精准检测的需求,探测灵敏度已成为中红外系统的瓶颈问题。  针对当前中红外探测的瓶颈问题,研究团队提出了基于激光频率变换技术的解决方案,设计并搭建了实验系统。研究团队负责人、沈阳自动化所研究员祁峰介绍,该方案的工作原理是将弱中红外信号高效率地转换为近红外信号,近红外光携带了中红外光的信息且易于探测,通过这种间接探测的方式可大幅度提高中红外信号的探测灵敏度。  经过深入分析研究多种晶体的光学特性,科研团队将目标锁定在硒镓钡晶体,该晶体由中国科学院理化技术研究所姚吉勇团队研制。祁峰介绍,硒镓钡晶体通常是作为波源使用,研究人员大胆尝试,将它作为探测系统的一部分,在掌握其光学特性的基础上设计了高性能光参量振荡器,优化了相位匹配条件,解决了弱信号环境下的强背景噪声抑制等问题,从而实现了收发一体的中红外系统。
  • 我国科学家创制极化激元晶体管
    纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的重要发展路线。如何在微纳甚至原子尺度对光进行精准操控是其中的关键的科学问题。中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路,充分发挥它对光的高压缩和易调控优势,不仅有望实现高效光电互联,而且可以提供额外的信息处理能力,从而进一步提升光电融合系统的性能。   该团队通过十多年的努力,实现了极化激元的高效激发和长程传输。在此基础上,研究设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼范德华异质结,实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。研究表明该晶体管可实现光正负折射的动态调控,类似电子晶体管能切换(1,0)两个高低电位,为构筑与非门等光逻辑单元奠定了重要基础。该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性,从而突破了传统结构光学方案如使用人工结构(超材料和光子晶体等)在波段、损耗、压缩和调控等方面的性能瓶颈。   与电子相比,光子具有速度快、能耗低、容量高等优势,被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望。因此,光电融合系统被认为是构建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。光电互联(电-光-电转换)是光电融合主的基础,相当于光电两条高速公路交汇的收费站。而现有硅基光电集成方案存在效率低(依赖多次光电效应)、体积大(光模块无法突破衍射极限)等问题,制约光电器件之间的信息流转。然而,光子不携带电荷且光的传输受限于光学衍射极限,相比于能轻易通过电学调控的电子,对光子的纳米尺度局域和操控并不容易。   极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式(表面波)。它具有优异的光场压缩能力,可轻易突破光学衍射极限从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。   戴庆团队以攻克高速光电互联这一世界技术难题为目标,提出以纳米材料的表面波(极化激元)为媒介,实现高效光电互联的新思路。构筑光-极化激元-电转换路径相当于将高速公路的收费站改造成立交桥,具有显著优势:一是效率高,光/电激发材料表面波的效率相比光电效应提升潜力巨大;二是集成度高,光波转化成材料表面波可将波长压缩百倍轻松突破衍射极限,从而显著提升光模块集成度;三是算力强,材料表面波具有光子性质可进行高效并行计算,从而将现有光电融合的“光传输、电计算”拓展成为“光传输、电计算+光计算”,实现“1+12”的效果。   戴庆提出,我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控,使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这好比可以像操纵电子一样操纵光子,为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。这一研究在应用上面向光电融合器件大规模集成缺乏高效、紧凑光电互联方式的重大需求,在科学上为解决突破衍射极限下高效光电调制的难题提供了新思路。   2月10日,相关研究成果以Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons为题,发表在《科学》(Science)上。该论文审稿人评价道,这证实了一项非常规的物理现象,为研究纳米尺度的光操控提供了崭新的平台。图示极化激元晶体管的基本原理,通过在氧化钼上覆盖石墨烯构筑范德华异质结,天线激发极化激元传输穿过界面后形成负折射。极化激元晶体管的光学显微镜照片
  • 2012 年全国药物晶体工程技术研讨会
    为了推动中国医药行业提升创新能力,并促进国内药物晶体工程学科发展,力扬参加了由中国医药工业信息中心和上海医药工业研究院药物晶体工程研究实验室联合举办之「2012 年全国药物晶体工程技术研讨会」。会议中,力扬除了展示 Avantium 高输出结晶系统,更在会上分享高输出结晶技术在医药研发中的应用,让与会者认识 Avantium Crystal16 及 Crystalline 平行结晶仪的好处,帮助他们迈向自动化药物结晶研究的成功道路。 会议详情 日期: 2012 年 3 月 7 日 - 9 日 时间:上午 9 时至下午 5 时 30 分 地点:上海瀚海明玉大酒店 (上海市虹口区周家嘴路 1888 号)
  • 芯片上“长”出原子级薄晶体管
    美国麻省理工学院一个跨学科团队开发出一种低温生长工艺,可直接在硅芯片上有效且高效地“生长”二维(2D)过渡金属二硫化物(TMD)材料层,以实现更密集的集成。这项技术可能会让芯片密度更高、功能更强大。相关论文发表在最新一期《自然纳米技术》杂志上。这项技术绕过了之前与高温和材料传输缺陷相关的问题,缩短了生长时间,并允许在较大的8英寸晶圆上形成均匀的层,这使其成为商业应用的理想选择。新兴的人工智能应用,如产生人类语言的聊天机器人,需要更密集、更强大的计算机芯片。但半导体芯片传统上是用块状材料制造的,这种材料是方形的三维(3D)结构,因此堆叠多层晶体管以实现更密集的集成非常困难。然而,由超薄2D材料制成的晶体管,每个只有大约三个原子的厚度,堆叠起来可制造更强大的芯片。让2D材料直接在硅片上生长是一个重大挑战,因为这一过程通常需要大约600℃的高温,而硅晶体管和电路在加热到400℃以上时可能会损坏。新开发的低温生长过程则不会损坏芯片。过去,研究人员在其他地方培育2D材料后,再将它们转移到芯片或晶片上。这往往会导致缺陷,影响最终器件和电路的性能。此外,在晶片规模上顺利转移材料也极其困难。相比之下,这种新工艺可在8英寸晶片上生长出一层光滑、高度均匀的层。这项新技术还能显著减少“种植”这些材料所需的时间。以前的方法需要一天多的时间才能生长出一层2D材料,而新方法可在不到一小时内在8英寸晶片上生长出均匀的TMD材料层。研究人员表示,他们所做的就像建造一座多层建筑。传统情况下,只有一层楼无法容纳很多人。但有了更多楼层,这座建筑将容纳更多的人。得益于他们正在研究的异质集成,有了硅作为第一层,他们就可在顶部直接集成许多层的2D材料。
Instrument.com.cn Copyright©1999- 2023 ,All Rights Reserved版权所有,未经书面授权,页面内容不得以任何形式进行复制