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同步辐射与纳米科技——香山科学会议学术讨论会综述
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科学时报2005年12月20日报道：同步辐射装置因其优异的性质，被广泛用于材料科学，凝聚态物理，化学，生命科学等领域。在纳米科技研究中，它是纳米（生物）材料和结构的表征以及纳米结构加工的强有力手段。以欧共体的ESRF为例，它用户每年发表大约200篇Science，Nature，Cell和PRL的文章，其中相当一部分是有关纳米科技研究方面的成果。有鉴于此，美国、欧共体和日本等发达国家在纳米科技发展中都把同步辐射装置的利用放在十分重要的位置，充分发挥同步辐射光源的不可替代的作用。 近年来，北京同步辐射装置在国家重大专项和中国科学院的大力支持下，性能得到了大幅度的提高，达到国际上同类装置的水平，成为目前我国唯一的高能量、高通量、硬X射线同步辐射光源。目前北京同步辐射装置已拥有13条光束线和实验站，装备了多种国内外一流的实验设备，能为用户提供良好的试验条件。其中X射线衍射（包括高温、高压条件下的衍射）、散射（包括小角散射）、吸收、光电子能谱、微纳米加工等实验和加工技术在纳米科学研究和技术发展中具有十分重要的作用。通过近几年高效运行和对外开放，在包括纳米科技在内的广泛领域里已取得许多重要成果，得到了国务委员陈至立以及科技部和中科院领导、国内外专家以及广大用户的好评。合肥国家同步辐射实验室二期工程改造也于2004年12月14日顺利通过国家验收。 在过去的几年中，北京同步辐射装置和合肥同步辐射国家实验室的科研人员积极参与到国家纳米重大研究计划之中。为了更好地利用我国同步辐射装置，为我国纳米科技的发展服务，在国家纳米科技中心的协调下和支持下，促进不同领域的交叉和研究单位的合作，日前，主题为“同步辐射和纳米科技”的香山科学会议第261次讨论会在北京召开。中科院高能物理研究所冼鼎昌院士、物理所解思深院士、高能物理所陈和生研究员和国家纳米科学中心王琛研究员担任本次会议的执行主席。来自国内外科研院所、高等学校以及美国和日本的44位专家出席了讨论会。本次香山会议的目的就是汇聚我国纳米科技与同步辐射的科研人员，并邀请国外在同步辐射装置上卓有成效地开展纳米科技研究的科学家，一起交流、探讨在中国开展同步辐射纳米科学研究，把同步辐射这一当今科学研究的先进工具应用于纳米科技，以此大幅度地提高我国纳米科技和同步辐射研究的水平。 纳米科技和同步辐射的现状 解思深院士在报告中指出，纳米科技的研究得到了各国政府的极大重视，美国等发达国家注重的是基础的科学规律以及器件应用研究，而发展中国家则侧重于能源、肥料、污染治理等与国民经济更加直接相关的领域。我们不仅需要在纳米科技的应用领域开展与国计民生相关的研究，而且要争取使我国纳米科技的基础科学研究跨上一个台阶，这关系到今后我国科技持续发展的能力和水平。 当前纳米科技已经到了一个重要的转折点。具体的表现在以下几点：1.材料制备从无序任意制备发展到可控制备；2.从材料性能的研究发展到材料性能的调控；3.应用研究从简单应用发展到综合应用；4.纳米器件的研究从广泛的探索到具体的性能优化、简单线路发展；5.纳米环境学、纳米生物学和纳米医学成为各学科关注的焦点；6.纳米科学技术是一把双刃剑，其负作用和安全性成为重要的研究课题；7.高空间分辨、高时间分辨、高灵敏度的表征手段提上日程，从以往简单的表面表征向界面、内部以及电子结构等科学问题的表征发展。 器件的研究正在从二维组装向三维发展。电子器件由于摩尔定律和量子效应的限制，硅器件在线宽、集成度上已经难以提高。新的材料，如碳纳米材料提供了突破这个局限的可能。 我国的纳米科技研究已经步入世界前列。专利数目占12%，为世界第三；SCI文章数目在2003年超过日本，2004年超过美国，引用率居世界第四。然而不能否认的是，我们高水平、高引用率的文章较少，仅为美国的1/10。我们还必须清醒地认识到，我国的纳米科技研究还存在以下的风险：1.短期效应和长期研发的矛盾；2.对市场的过高和过早估计；3.媒体的不当宣传，当然这种不当宣传的部分原因是由于过高的期望引起的；4.科学本身的问题，包括对纳米科学技术的作用和价值评价过高的影响，技术的不成熟和对远景的错误估计，长期项目本身存在的不确定性，以及科学研究的评估体系问题等。 目前应当针对国家关注、百姓关注、科学关注的问题，集中纳米研究的人力、物力和财力，有计划地发展纳米材料的表征技术，使得我们的纳米研究从制备为主转变为研究为主。这样才能从根本上提升我国纳米科学研究的水平，为国家的发展做出大的贡献。 同步辐射的现状和发展 冼鼎昌院士指出，同步辐射作为一种先进的光源，其应用具有很高的现代科技融合性和集成性，为几乎所有的前沿科技研究提供了一个先进的、不可替代的实验平台。目前同步辐射光源的强度或者亮度不断的提高，这是所有实验技术的基础；实验技术的能量分辨率也不断提高，现在可以达到meV的量级，对于谱学、散射等应用非常重要；动量分辨率也同样在提高，可以扫描整个布里渊区；空间分辨率提高到几十个纳米；时间分辨已经达到几十ps，200fs的实验技术正在规划之中。正是由于这些进展，出现了微/纳衍射，微/纳X射线吸收谱学，微荧光谱学，微/纳尺度断层分析，纳米分辨光电子发射显微术，纳米角分辨光电子谱学，微/纳成像及表征，纳米磁学，纳衍射显微学，纳米-皮秒分辨的快速过程研究，纳米尺度部件评估，纳米厚度薄膜研究等新方法和领域。 我国自上世纪90年代后已有北京、合肥两个同步辐射装置建成并投入运行，分属1/2代和第2代装置，另一个先进的第3代装置已经开始在上海建造。现在北京同步辐射装置上的纳米科学研究平台已经初步建立，通过与纳米科学家的合作，能够促进我国纳米尺度研究的进展，开拓纳米科技研究的新领域。 同步辐射在纳米科技中的应用 日本高能加速器研究机构（KEK）材料结构研究所（Institute of Material Structure Research）的科学家Lionel Vayssieres在报告中介绍了在同步辐射的帮助下对纳米材料进行精确可控的生长制备。在热力学理论的指导下，通过对pH值等因素的控制，成功制备了尺寸可控，分布很窄的纳米颗粒，并用同步辐射技术研究了这些纳米材料的电子性质，显示了精确控制的制备技术和同步辐射技术结合在解释纳米尺度内的科学规律上起到的重要作用。美国APS纳米科学研究中心主任Eric Issac教授在报告中详细介绍了在硬X射线波段同步辐射能够为纳米科学研究提供的手段。纳米科学的研究需要发展纳米量级分辨率的探针和成像手段，目前同步辐射上硬X光成像能够很容易地提供60nm的分辨率，这将为研究纳米尺度材料性质提供一个有力工具；单颗粒的衍射技术可以提供单个纳米颗粒的结构信息；硬X光衍射是研究物质结构的主要手段；同步辐射上提供的超快时间分辨技术能够获得化学反应的细节；对于表面和界面的研究也是同步辐射可以为纳米研究提供的重要手段；原位的探测手段能够使我们了解到纳米材料生长、变化的动力学过程。在这个领域存在着几个挑战性的问题。单凭一种实验手段是难以获得材料的全面信息的，因而多种实验手段的综合变得至关重要；同时不同的实验手段需要不断发展，拓宽其研究能力，理论模型的建立和模拟是理解各种实验结果和解释纳米物质中基本规律的有力工具。为了更好地在同步辐射和纳米科技的专家之间建立顺畅的合作通道，通过网络手段建立虚拟实验室是APS目前努力的一个目标。ALS的科学研究部主任Zahid Hussain教授介绍了同步辐射软X光领域中纳米材料的研究，同步辐射提供了谱学（包括原位、实时的吸收/发射谱，光电子能谱）、显微术和显微谱学、软X光散射等多种实验手段。谱学技术可以了解到量子限域效应、化学键和电子结构的信息，光电子能谱揭示了材料中化学键的情况，加上原位、实时和常压下的实验技术，使得这些手段更加适合于纳米材料的研究。显微术和显微谱学能够了解到纳米尺寸内材料的形貌、结构等信息，现在ALS能够达到的分辨率为20-30nm。软X光散射技术，包括共振散射技术提供了元素分辨，甚至化学状态分辨的技术，可以了解特定的原子在材料中的各种性质。时间分辨的实验是第三代，或者第四代（自由电子激光）同步辐射上开展的具有吸引力的实验手段，对于了解化学反应的动力学性质非常重要。台湾中央研究院的胡宇光研究员在主题报告中介绍了利用同步辐射X射线成像在纳米科技和生物医学中的最新研究成果，以及台湾同步辐射波带片显微镜达到几十纳米空间分辨的成像结果。 高能物理所陈和生研究员和合肥同步辐射国家实验室盛六四教授分别就北京和合肥两个同步辐射装置上开展的纳米科学研究作了详细的介绍。北京同步辐射在碳纳米材料（富勒烯和碳纳米管）的性质以及与生物材料相互作用上开展了具有创新性的工作，同时发展了一些适合纳米材料研究的实验手段，并且成为了国家纳米科技中心的协作实验室，为纳米科学与同步辐射的紧密合作提供了一个良好的平台，合肥同步辐射装置在二期改造工程后，性能将得到很大改进，也可以在软X射线波段为纳米研究提供强有力的平台。 清华大学的李亚栋教授、国家纳米科学中心王琛研究员和中国科学院化学研究所的江雷研究员等与会专家分别报告、交流了他们的研究工作。与会专家认为，随着纳米科技的发展，材料制备更加精确，使得我们能够集中在某个特定的性质上进行研究。同步辐射有多种学科的实验手段，它们可以相互结合，可以对研究对象进行多学科综合研究，并且这种综合的研究方式已经取得了极大的成功。纳米科技的发展，一方面需要纳米科技的专家进行精确可控的制备，使得研究的对象中不可控以及不可知的因素减到最低，另一个方面需要同步辐射的专家发展出更加有效的实验手段，不断提高空间分辨率、时间分辨率和能量分辨率以适应纳米科学研究的需要，同时还要发展对实验信息进行综合研究，结合理论模拟来解释各种实验结果，提供全面描述纳米材料性质的各种图像。 科学时报2005年12月20日报道：同步辐射装置因其优异的性质，被广泛用于材料科学，凝聚态物理，化学，生命科学等领域。在纳米科技研究中，它是纳米（生物）材料和结构的表征以及纳米结构加工的强有力手段。以欧共体的ESRF为例，它用户每年发表大约200篇Science，Nature，Cell和PRL的文章，其中相当一部分是有关纳米科技研究方面的成果。有鉴于此，美国、欧共体和日本等发达国家在纳米科技发展中都把同步辐射装置的利用放在十分重要的位置，充分发挥同步辐射光源的不可替代的作用。 近年来，北京同步辐射装置在国家重大专项和中国科学院的大力支持下，性能得到了大幅度的提高，达到国际上同类装置的水平，成为目前我国唯一的高能量、高通量、硬X射线同步辐射光源。目前北京同步辐射装置已拥有13条光束线和实验站，装备了多种国内外一流的实验设备，能为用户提供良好的试验条件。其中X射线衍射（包括高温、高压条件下的衍射）、散射（包括小角散射）、吸收、光电子能谱、微纳米加工等实验和加工技术在纳米科学研究和技术发展中具有十分重要的作用。通过近几年高效运行和对外开放，在包括纳米科技在内的广泛领域里已取得许多重要成果，得到了国务委员陈至立以及科技部和中科院领导、国内外专家以及广大用户的好评。合肥国家同步辐射实验室二期工程改造也于2004年12月14日顺利通过国家验收。 在过去的几年中，北京同步辐射装置和合肥同步辐射国家实验室的科研人员积极参与到国家纳米重大研究计划之中。为了更好地利用我国同步辐射装置，为我国纳米科技的发展服务，在国家纳米科技中心的协调下和支持下，促进不同领域的交叉和研究单位的合作，日前，主题为“同步辐射和纳米科技”的香山科学会议第261次讨论会在北京召开。中科院高能物理研究所冼鼎昌院士、物理所解思深院士、高能物理所陈和生研究员和国家纳米科学中心王琛研究员担任本次会议的执行主席。来自国内外科研院所、高等学校以及美国和日本的44位专家出席了讨论会。本次香山会议的目的就是汇聚我国纳米科技与同步辐射的科研人员，并邀请国外在同步辐射装置上卓有成效地开展纳米科技研究的科学家，一起交流、探讨在中国开展同步辐射纳米科学研究，把同步辐射这一当今科学研究的先进工具应用于纳米科技，以此大幅度地提高我国纳米科技和同步辐射研究的水平。 纳米科技和同步辐射的现状 解思深院士在报告中指出，纳米科技的研究得到了各国政府的极大重视，美国等发达国家注重的是基础的科学规律以及器件应用研究，而发展中国家则侧重于能源、肥料、污染治理等与国民经济更加直接相关的领域。我们不仅需要在纳米科技的应用领域开展与国计民生相关的研究，而且要争取使我国纳米科技的基础科学研究跨上一个台阶，这关系到今后我国科技持续发展的能力和水平。 当前纳米科技已经到了一个重要的转折点。具体的表现在以下几点：1.材料制备从无序任意制备发展到可控制备；2.从材料性能的研究发展到材料性能的调控；3.应用研究从简单应用发展到综合应用；4.纳米器件的研究从广泛的探索到具体的性能优化、简单线路发展；5.纳米环境学、纳米生物学和纳米医学成为各学科关注的焦点；6.纳米科学技术是一把双刃剑，其负作用和安全性成为重要的研究课题；7.高空间分辨、高时间分辨、高灵敏度的表征手段提上日程，从以往简单的表面表征向界面、内部以及电子结构等科学问题的表征发展。 器件的研究正在从二维组装向三维发展。电子器件由于摩尔定律和量子效应的限制，硅器件在线宽、集成度上已经难以提高。新的材料，如碳纳米材料提供了突破这个局限的可能。 我国的纳米科技研究已经步入世界前列。专利数目占12%，为世界第三；SCI文章数目在2003年超过日本，2004年超过美国，引用率居世界第四。然而不能否认的是，我们高水平、高引用率的文章较少，仅为美国的1/10。我们还必须清醒地认识到，我国的纳米科技研究还存在以下的风险：1.短期效应和长期研发的矛盾；2.对市场的过高和过早估计；3.媒体的不当宣传，当然这种不当宣传的部分原因是由于过高的期望引起的；4.科学本身的问题，包括对纳米科学技术的作用和价值评价过高的影响，技术的不成熟和对远景的错误估计，长期项目本身存在的不确定性，以及科学研究的评估体系问题等。 目前应当针对国家关注、百姓关注、科学关注的问题，集中纳米研究的人力、物力和财力，有计划地发展纳米材料的表征技术，使得我们的纳米研究从制备为主转变为研究为主。这样才能从根本上提升我国纳米科学研究的水平，为国家的发展做出大的贡献。 |
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 纳米材料的分析表征 | cwx-同步辐射-XAFS |
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同步辐射的现状和发展 冼鼎昌院士指出，同步辐射作为一种先进的光源，其应用具有很高的现代科技融合性和集成性，为几乎所有的前沿科技研究提供了一个先进的、不可替代的实验平台。目前同步辐射光源的强度或者亮度不断的提高，这是所有实验技术的基础；实验技术的能量分辨率也不断提高，现在可以达到meV的量级，对于谱学、散射等应用非常重要；动量分辨率也同样在提高，可以扫描整个布里渊区；空间分辨率提高到几十个纳米；时间分辨已经达到几十ps，200fs的实验技术正在规划之中。正是由于这些进展，出现了微/纳衍射，微/纳X射线吸收谱学，微荧光谱学，微/纳尺度断层分析，纳米分辨光电子发射显微术，纳米角分辨光电子谱学，微/纳成像及表征，纳米磁学，纳衍射显微学，纳米-皮秒分辨的快速过程研究，纳米尺度部件评估，纳米厚度薄膜研究等新方法和领域。 我国自上世纪90年代后已有北京、合肥两个同步辐射装置建成并投入运行，分属1/2代和第2代装置，另一个先进的第3代装置已经开始在上海建造。现在北京同步辐射装置上的纳米科学研究平台已经初步建立，通过与纳米科学家的合作，能够促进我国纳米尺度研究的进展，开拓纳米科技研究的新领域。 科学时报2005年12月20日报道：同步辐射装置因其优异的性质，被广泛用于材料科学，凝聚态物理，化学，生命科学等领域。在纳米科技研究中，它是纳米（生物）材料和结构的表征以及纳米结构加工的强有力手段。以欧共体的ESRF为例，它用户每年发表大约200篇Science，Nature，Cell和PRL的文章，其中相当一部分是有关纳米科技研究方面的成果。有鉴于此，美国、欧共体和日本等发达国家在纳米科技发展中都把同步辐射装置的利用放在十分重要的位置，充分发挥同步辐射光源的不可替代的作用。 近年来，北京同步辐射装置在国家重大专项和中国科学院的大力支持下，性能得到了大幅度的提高，达到国际上同类装置的水平，成为目前我国唯一的高能量、高通量、硬X射线同步辐射光源。目前北京同步辐射装置已拥有13条光束线和实验站，装备了多种国内外一流的实验设备，能为用户提供良好的试验条件。其中X射线衍射（包括高温、高压条件下的衍射）、散射（包括小角散射）、吸收、光电子能谱、微纳米加工等实验和加工技术在纳米科学研究和技术发展中具有十分重要的作用。通过近几年高效运行和对外开放，在包括纳米科技在内的广泛领域里已取得许多重要成果，得到了国务委员陈至立以及科技部和中科院领导、国内外专家以及广大用户的好评。合肥国家同步辐射实验室二期工程改造也于2004年12月14日顺利通过国家验收。 在过去的几年中，北京同步辐射装置和合肥同步辐射国家实验室的科研人员积极参与到国家纳米重大研究计划之中。为了更好地利用我国同步辐射装置，为我国纳米科技的发展服务，在国家纳米科技中心的协调下和支持下，促进不同领域的交叉和研究单位的合作，日前，主题为“同步辐射和纳米科技”的香山科学会议第261次讨论会在北京召开。中科院高能物理研究所冼鼎昌院士、物理所解思深院士、高能物理所陈和生研究员和国家纳米科学中心王琛研究员担任本次会议的执行主席。来自国内外科研院所、高等学校以及美国和日本的44位专家出席了讨论会。本次香山会议的目的就是汇聚我国纳米科技与同步辐射的科研人员，并邀请国外在同步辐射装置上卓有成效地开展纳米科技研究的科学家，一起交流、探讨在中国开展同步辐射纳米科学研究，把同步辐射这一当今科学研究的先进工具应用于纳米科技，以此大幅度地提高我国纳米科技和同步辐射研究的水平。 纳米科技和同步辐射的现状 解思深院士在报告中指出，纳米科技的研究得到了各国政府的极大重视，美国等发达国家注重的是基础的科学规律以及器件应用研究，而发展中国家则侧重于能源、肥料、污染治理等与国民经济更加直接相关的领域。我们不仅需要在纳米科技的应用领域开展与国计民生相关的研究，而且要争取使我国纳米科技的基础科学研究跨上一个台阶，这关系到今后我国科技持续发展的能力和水平。 当前纳米科技已经到了一个重要的转折点。具体的表现在以下几点：1.材料制备从无序任意制备发展到可控制备；2.从材料性能的研究发展到材料性能的调控；3.应用研究从简单应用发展到综合应用；4.纳米器件的研究从广泛的探索到具体的性能优化、简单线路发展；5.纳米环境学、纳米生物学和纳米医学成为各学科关注的焦点；6.纳米科学技术是一把双刃剑，其负作用和安全性成为重要的研究课题；7.高空间分辨、高时间分辨、高灵敏度的表征手段提上日程，从以往简单的表面表征向界面、内部以及电子结构等科学问题的表征发展。 器件的研究正在从二维组装向三维发展。电子器件由于摩尔定律和量子效应的限制，硅器件在线宽、集成度上已经难以提高。新的材料，如碳纳米材料提供了突破这个局限的可能。 我国的纳米科技研究已经步入世界前列。专利数目占12%，为世界第三；SCI文章数目在2003年超过日本，2004年超过美国，引用率居世界第四。然而不能否认的是，我们高水平、高引用率的文章较少，仅为美国的1/10。我们还必须清醒地认识到，我国的纳米科技研究还存在以下的风险：1.短期效应和长期研发的矛盾；2.对市场的过高和过早估计；3.媒体的不当宣传，当然这种不当宣传的部分原因是由于过高的期望引起的；4.科学本身的问题，包括对纳米科学技术的作用和价值评价过高的影响，技术的不成熟和对远景的错误估计，长期项目本身存在的不确定性，以及科学研究的评估体系问题等。 目前应当针对国家关注、百姓关注、科学关注的问题，集中纳米研究的人力、物力和财力，有计划地发展纳米材料的表征技术，使得我们的纳米研究从制备为主转变为研究为主。这样才能从根本上提升我国纳米科学研究的水平，为国家的发展做出大的贡献。 同步辐射的现状和发展 冼鼎昌院士指出，同步辐射作为一种先进的光源，其应用具有很高的现代科技融合性和集成性，为几乎所有的前沿科技研究提供了一个先进的、不可替代的实验平台。目前同步辐射光源的强度或者亮度不断的提高，这是所有实验技术的基础；实验技术的能量分辨率也不断提高，现在可以达到meV的量级，对于谱学、散射等应用非常重要；动量分辨率也同样在提高，可以扫描整个布里渊区；空间分辨率提高到几十个纳米；时间分辨已经达到几十ps，200fs的实验技术正在规划之中。正是由于这些进展，出现了微/纳衍射，微/纳X射线吸收谱学，微荧光谱学，微/纳尺度断层分析，纳米分辨光电子发射显微术，纳米角分辨光电子谱学，微/纳成像及表征，纳米磁学，纳衍射显微学，纳米-皮秒分辨的快速过程研究，纳米尺度部件评估，纳米厚度薄膜研究等新方法和领域。 我国自上世纪90年代后已有北京、合肥两个同步辐射装置建成并投入运行，分属1/2代和第2代装置，另一个先进的第3代装置已经开始在上海建造。现在北京同步辐射装置上的纳米科学研究平台已经初步建立，通过与纳米科学家的合作，能够促进我国纳米尺度研究的进展，开拓纳米科技研究的新领域。 同步辐射在纳米科技中的应用 日本高能加速器研究机构（KEK）材料结构研究所（Institute of Material Structure Research）的科学家Lionel Vayssieres在报告中介绍了在同步辐射的帮助下对纳米材料进行精确可控的生长制备。在热力学理论的指导下，通过对pH值等因素的控制，成功制备了尺寸可控，分布很窄的纳米颗粒，并用同步辐射技术研究了这些纳米材料的电子性质，显示了精确控制的制备技术和同步辐射技术结合在解释纳米尺度内的科学规律上起到的重要作用。美国APS纳米科学研究中心主任Eric Issac教授在报告中详细介绍了在硬X射线波段同步辐射能够为纳米科学研究提供的手段。纳米科学的研究需要发展纳米量级分辨率的探针和成像手段，目前同步辐射上硬X光成像能够很容易地提供60nm的分辨率，这将为研究纳米尺度材料性质提供一个有力工具；单颗粒的衍射技术可以提供单个纳米颗粒的结构信息；硬X光衍射是研究物质结构的主要手段；同步辐射上提供的超快时间分辨技术能够获得化学反应的细节；对于表面和界面的研究也是同步辐射可以为纳米研究提供的重要手段；原位的探测手段能够使我们了解到纳米材料生长、变化的动力学过程。在这个领域存在着几个挑战性的问题。单凭一种实验手段是难以获得材料的全面信息的，因而多种实验手段的综合变得至关重要；同时不同的实验手段需要不断发展，拓宽其研究能力，理论模型的建立和模拟是理解各种实验结果和解释纳米物质中基本规律的有力工具。为了更好地在同步辐射和纳米科技的专家之间建立顺畅的合作通道，通过网络手段建立虚拟实验室是APS目前努力的一个目标。ALS的科学研究部主任Zahid Hussain教授介绍了同步辐射软X光领域中纳米材料的研究，同步辐射提供了谱学（包括原位、实时的吸收/发射谱，光电子能谱）、显微术和显微谱学、软X光散射等多种实验手段。谱学技术可以了解到量子限域效应、化学键和电子结构的信息，光电子能谱揭示了材料中化学键的情况，加上原位、实时和常压下的实验技术，使得这些手段更加适合于纳米材料的研究。显微术和显微谱学能够了解到纳米尺寸内材料的形貌、结构等信息，现在ALS能够达到的分辨率为20-30nm。软X光散射技术，包括共振散射技术提供了元素分辨，甚至化学状态分辨的技术，可以了解特定的原子在材料中的各种性质。时间分辨的实验是第三代，或者第四代（自由电子激光）同步辐射上开展的具有吸引力的实验手段，对于了解化学反应的动力学性质非常重要。台湾中央研究院的胡宇光研究员在主题报告中介绍了利用同步辐射X射线成像在纳米科技和生物医学中的最新研究成果，以及台湾同步辐射波带片显微镜达到几十纳米空间分辨的成像结果。 高能物理所陈和生研究员和合肥同步辐射国家实验室盛六四教授分别就北京和合肥两个同步辐射装置上开展的纳米科学研究作了详细的介绍。北京同步辐射在碳纳米材料（富勒烯和碳纳米管）的性质以及与生物材料相互作用上开展了具有创新性的工作，同时发展了一些适合纳米材料研究的实验手段，并且成为了国家纳米科技中心的协作实验室，为纳米科学与同步辐射的紧密合作提供了一个良好的平台，合肥同步辐射装置在二期改造工程后，性能将得到很大改进，也可以在软X射线波段为纳米研究提供强有力的平台。 清华大学的李亚栋教授、国家纳米科学中心王琛研究员和中国科学院化学研究所的江雷研究员等与会专家分别报告、交流了他们的研究工作。与会专家认为，随着纳米科技的发展，材料制备更加精确，使得我们能够集中在某个特定的性质上进行研究。同步辐射有多种学科的实验手段，它们可以相互结合，可以对研究对象进行多学科综合研究，并且这种综合的研究方式已经取得了极大的成功。纳米科技的发展，一方面需要纳米科技的专家进行精确可控的制备，使得研究的对象中不可控以及不可知的因素减到最低，另一个方面需要同步辐射的专家发展出更加有效的实验手段，不断提高空间分辨率、时间分辨率和能量分辨率以适应纳米科学研究的需要，同时还要发展对实验信息进行综合研究，结合理论模拟来解释各种实验结果，提供全面描述纳米材料性质的各种图像。 加强同步辐射在纳米研究中作用 与会专家通过广泛交流和深入讨论，认为纳米材料制备的精确控制已经成为一个重要的课题，不仅在材料的应用上，而且在材料的研究上是非常必要的。这需要材料、物理、化学等多学科的紧密合作，从制备原理、方法、工艺上进行探讨和研究，同时新的设备也是需要的。材料的自组装研究，其目的是形成纳米器件的原型，从而推动其应用，在微纳米加工领域的进展应当重视。这些方面最关心的问题是各种制备和研究中出现的现象如何理解，需要原位、高时间/空间/能量分辨率的实验手段。而且各种表征和研究手段不能孤立，必须联合起来，加上理论的模拟，才可能对纳米材料的性质，以及一些基本的科学问题，诸如量子限域效应、电子结构，表面/界面效应给出一个完整的图像。 会上解思深院士作了会议总结性发言。他认为，世界纳米科技和同步辐射的发展和结合已经产生重大的成果。本次香山会议是一个非常及时和必要的会议，必定能够推动纳米科技和同步辐射的共同发展，加强两个重要的研究领域的互动与合作。依托大科学装置推动纳米科技的发展是相当必要而且是行之有效的，双方科学家应当加强了解和沟通，希望今后有进一步的具体工作安排，更好地发挥这次香山会议的作用。纳米科技现在处于转折期，对材料、器件、生物、物理、化学等领域的问题需要深入的了解。同步辐射的帮助是非常必要的，不仅在表征上，而且在进一步解释纳米世界的规律上更加有效。这点在国际上已经是潮流，而在中国同步辐射还不成熟，需要发展技术，加强宣传。可以用两种方式来推动：办一些研讨班，普及推广同步辐射应用的知识，提高同步辐射的利用率和用户水平；以北京和合肥两个同步辐射装置为基础，把同步辐射和纳米科技的合作开展起来，并加强国际合作，发展各种与纳米科技相关的同步辐射技术，重点发展高空间分辨、高时间分辨和高能量分辨的探测技术。 纳米科技和同步辐射两个领域的科学家一致认为，要以科学目标为目的，以项目为牵引，建立在团队基础上的合作。目前国际上，甚至国内的竞争非常激烈。我们的科学家不能掉以轻心。同时纳米科学的研究不仅是前沿的课题，而且是非常复杂和困难的课题。双方科学家要紧密合作，相互融合，这是一个需要时间和精力的事情。不论是讨论纳米科学需要解决什么问题，还是同步辐射需要发展什么技术，答案都不会很简单，需要在合作过程中来发现。 专家建议 与会专家认为，当务之急的问题是： 1.提高国内已有的两个同步辐射装置的水平； 2.发展在同步辐射装置上特殊的纳米科学实验技术； 3.发展的目标要分步实施，例如对空间分辨率的问题，需要根据光源的情况确定明确可行的目标，同时为上海光源做准备； 4.结合目前纳米科技的实际情况来发展实验技术。例如实时、动态和原位的实验手段，多种实验方法的结合，表面/界面状态和电子结构的深入了解等都是可以先发展的目标。 |
2楼2006-02-10 11:07:25
