淺析影響我國(guó)實(shí)驗(yàn)室儀器發(fā)展的三大瓶頸
更新更新時(shí)間：2013-03-27
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科學(xué)技術(shù)是*生產(chǎn)力，一臺(tái)好的儀器產(chǎn)生，是眾多科技技術(shù)不斷反復(fù)實(shí)驗(yàn)，反復(fù)研究的結(jié)晶。十二五以來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)已經(jīng)取的了較大的發(fā)展，但是從儀器自主創(chuàng)新這塊來(lái)看，跟國(guó)外相比，我們還是相差很大的，經(jīng)常會(huì)在一些實(shí)驗(yàn)室，一些大中院校的教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)，看到的大都是國(guó)外一些設(shè)備，長(zhǎng)此以往，對(duì)我們國(guó)的經(jīng)濟(jì)及科學(xué)儀器發(fā)展將是很不利的，那么，拋開(kāi)其他原因不講，單從科技這塊來(lái)分析，到底是什么原因阻礙了我國(guó)實(shí)驗(yàn)室儀器的創(chuàng)新與發(fā)展呢？
*：物理原理的掌握與應(yīng)用
早在1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了掃描隧道顯微鏡STM（scanningtunnelingmicroscopy）研究的幾位工作者，其中之一是瑞士魯西利康（Ruschlikon）IBM的德國(guó)物理學(xué)家格爾德·賓寧（GerdBinnig）和瑞士物理學(xué)家羅雷爾（HeinrichRohrer），表彰他們?cè)O(shè)計(jì)出了掃描隧道顯微鏡。
STM的基本原理就是利用量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)，在金屬針尖和樣品表面形成隧道電流，從而實(shí)現(xiàn)了原子的表面成像。但是限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，樣品只能是導(dǎo)電的，還不能在非金屬表面上進(jìn)行成像。然而，隨后的發(fā)展卻更讓我們吃驚，一些科學(xué)家又相繼開(kāi)發(fā)出能夠在絕緣襯底上成像的原子力顯微鏡AFM（atomicforcemicroscopy），它是以硅或氮化硅為針尖與樣品表面直接接觸（contactmode），施加到樣品上的力小到只有幾個(gè)納牛（nN），甚至更小。這樣，一下子就將測(cè)試的樣品類(lèi)型擴(kuò)展到了幾乎所有的被研究的材料表面。隨后，人們又開(kāi)發(fā)了多種多樣功能類(lèi)型的表面成像設(shè)備。從此，在微米、納米尺度甚至原子水平上表面特性的研究進(jìn)入到一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。所以不難看出物理學(xué)在儀器創(chuàng)新上起到了舉足輕重的作用。
第二：對(duì)數(shù)學(xué)的理解和運(yùn)用
現(xiàn)代工業(yè)絕大部分技術(shù)的實(shí)施都是以計(jì)算機(jī)控制為基礎(chǔ)，因此，需要對(duì)諸如電壓等物理模擬量進(jìn)行數(shù)字化，然后計(jì)算機(jī)才能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，光滑處理，包括濾波分析、時(shí)域分析和頻譜分析等，zui后輸出圖像等一系列過(guò)程。其中，要用到很多數(shù)學(xué)運(yùn)算，傅里葉變換（FFT）、拉氏變換（Lplpace）、卷積（convulution）、相關(guān)（correlation）和互譜（crossspectrum）等。從這些分析途徑中可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率的提取、圖像的光滑處理和未來(lái)事物發(fā)展的預(yù)測(cè)等。我們每每能夠看到一些設(shè)備的軟件不僅界面做得漂亮，而且其數(shù)學(xué)處理真是很專(zhuān)業(yè)、深入又實(shí)用?，F(xiàn)在，我們看到國(guó)內(nèi)某些研發(fā)部門(mén)也都做出了不少有自己特色的軟件，但能否持續(xù)開(kāi)發(fā)升級(jí)堅(jiān)持下去，仍是一個(gè)問(wèn)題。因此，只有當(dāng)從數(shù)學(xué)原理上有了深刻的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)用到設(shè)備上，這才能發(fā)揮數(shù)學(xué)真正的作用。
第三：集成電路的研發(fā)與應(yīng)用
固體電子學(xué)zui大的成功是半導(dǎo)體上集成電路的成功研制，集成電路上zui大的成功應(yīng)用是在計(jì)算機(jī)上的發(fā)展，而計(jì)算機(jī)的發(fā)展卻是帶動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)展的主要工具，并極大促進(jìn)整個(gè)工業(yè)界在自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，集成電路的發(fā)展真正代表了一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的源動(dòng)力。集成電路在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，已經(jīng)大踏步向前，據(jù)說(shuō)IBM等大公司已經(jīng)開(kāi)始向9nm的技術(shù)邁進(jìn)。如果我們不能突破這一瓶頸，將會(huì)被越落越遠(yuǎn)。
綜上所述，以上三點(diǎn)是影響我國(guó)實(shí)驗(yàn)室儀器自主創(chuàng)新的zui大瓶頸問(wèn)題，其實(shí)我國(guó)并不缺少這三方面的才，只是沒(méi)有達(dá)到一個(gè)有效的整合，才使的我國(guó)儀器自主創(chuàng)新沒(méi)有有效的開(kāi)展，使得我們?cè)絹?lái)越落后國(guó)外，也只有明白了這些原因，才能使我國(guó)儀器事業(yè)更上一層樓。
*：物理原理的掌握與應(yīng)用
早在1986年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了掃描隧道顯微鏡STM（scanningtunnelingmicroscopy）研究的幾位工作者，其中之一是瑞士魯西利康（Ruschlikon）IBM的德國(guó)物理學(xué)家格爾德·賓寧（GerdBinnig）和瑞士物理學(xué)家羅雷爾（HeinrichRohrer），表彰他們?cè)O(shè)計(jì)出了掃描隧道顯微鏡。
STM的基本原理就是利用量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)，在金屬針尖和樣品表面形成隧道電流，從而實(shí)現(xiàn)了原子的表面成像。但是限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，樣品只能是導(dǎo)電的，還不能在非金屬表面上進(jìn)行成像。然而，隨后的發(fā)展卻更讓我們吃驚，一些科學(xué)家又相繼開(kāi)發(fā)出能夠在絕緣襯底上成像的原子力顯微鏡AFM（atomicforcemicroscopy），它是以硅或氮化硅為針尖與樣品表面直接接觸（contactmode），施加到樣品上的力小到只有幾個(gè)納牛（nN），甚至更小。這樣，一下子就將測(cè)試的樣品類(lèi)型擴(kuò)展到了幾乎所有的被研究的材料表面。隨后，人們又開(kāi)發(fā)了多種多樣功能類(lèi)型的表面成像設(shè)備。從此，在微米、納米尺度甚至原子水平上表面特性的研究進(jìn)入到一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。所以不難看出物理學(xué)在儀器創(chuàng)新上起到了舉足輕重的作用。
第二：對(duì)數(shù)學(xué)的理解和運(yùn)用
現(xiàn)代工業(yè)絕大部分技術(shù)的實(shí)施都是以計(jì)算機(jī)控制為基礎(chǔ)，因此，需要對(duì)諸如電壓等物理模擬量進(jìn)行數(shù)字化，然后計(jì)算機(jī)才能夠進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)采集，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，光滑處理，包括濾波分析、時(shí)域分析和頻譜分析等，zui后輸出圖像等一系列過(guò)程。其中，要用到很多數(shù)學(xué)運(yùn)算，傅里葉變換（FFT）、拉氏變換（Lplpace）、卷積（convulution）、相關(guān)（correlation）和互譜（crossspectrum）等。從這些分析途徑中可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻率的提取、圖像的光滑處理和未來(lái)事物發(fā)展的預(yù)測(cè)等。我們每每能夠看到一些設(shè)備的軟件不僅界面做得漂亮，而且其數(shù)學(xué)處理真是很專(zhuān)業(yè)、深入又實(shí)用?，F(xiàn)在，我們看到國(guó)內(nèi)某些研發(fā)部門(mén)也都做出了不少有自己特色的軟件，但能否持續(xù)開(kāi)發(fā)升級(jí)堅(jiān)持下去，仍是一個(gè)問(wèn)題。因此，只有當(dāng)從數(shù)學(xué)原理上有了深刻的認(rèn)識(shí)，并應(yīng)用到設(shè)備上，這才能發(fā)揮數(shù)學(xué)真正的作用。
第三：集成電路的研發(fā)與應(yīng)用
固體電子學(xué)zui大的成功是半導(dǎo)體上集成電路的成功研制，集成電路上zui大的成功應(yīng)用是在計(jì)算機(jī)上的發(fā)展，而計(jì)算機(jī)的發(fā)展卻是帶動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代發(fā)展的主要工具，并極大促進(jìn)整個(gè)工業(yè)界在自動(dòng)控制技術(shù)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，集成電路的發(fā)展真正代表了一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的源動(dòng)力。集成電路在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，已經(jīng)大踏步向前，據(jù)說(shuō)IBM等大公司已經(jīng)開(kāi)始向9nm的技術(shù)邁進(jìn)。如果我們不能突破這一瓶頸，將會(huì)被越落越遠(yuǎn)。
綜上所述，以上三點(diǎn)是影響我國(guó)實(shí)驗(yàn)室儀器自主創(chuàng)新的zui大瓶頸問(wèn)題，其實(shí)我國(guó)并不缺少這三方面的才，只是沒(méi)有達(dá)到一個(gè)有效的整合，才使的我國(guó)儀器自主創(chuàng)新沒(méi)有有效的開(kāi)展，使得我們?cè)絹?lái)越落后國(guó)外，也只有明白了這些原因，才能使我國(guó)儀器事業(yè)更上一層樓。
