——姚駿恩院士談
儀器儀表的研制策略
“關于科研
儀器的研制，目前我國步入了‘天時地利人和’時期。所謂‘天時’，指中國經濟發展到今天， 國家有了一定實力；‘地利’，指經過這些年發展，我們積累了正反兩方面的經驗教訓；‘人和’即上上下下都認識到研制
儀器的重要性。我們現在落后了，要趕上去。其中，有些可以快，但很多基礎工作必須做，在短時間內是無法超越的。”伴隨著我國科研
儀器研制走過半個多世紀、在北京航空航天大學任教的姚駿恩院士，用這樣的評語拉開了話題。
“國家在制定‘十一五’科技發展規劃時，有關部門征求過我的意見。如今，200kV場發射槍透射電子
顯微鏡的研制已列入國家科技支撐計劃重大項目”。他介紹，希望借助“十一五”大好契機，實現這個夢，因為這是幾代人的奮斗目標。
他以
顯微鏡發展為例介紹，光學
顯微鏡的出現使人們發現了被稱為19世紀“三大發現”之一的生物細胞，人類對自然界的認識實現了一次飛躍。然而，由于受到可見光波長的限制，光學
顯微鏡的分辨極限約為0.2微米。誕生于1932～1933年的透射電子
顯微鏡，利用電子束波長遠小于可見光波長，使目前最先進的像差校正電鏡的點分辨能力小于0.1納米，可分辨單個原子，并可對線度為納米量級的原子團進行結構及化學成分分析，能直接觀察、進而分析研究物質微觀結構與其宏觀性質（功能）之間的關系。 掃描電子
顯微鏡的工作原理在1935年就已提出，它具有諸多優點，可直接觀察固體表面，成像富有立體感，1965年商品化產品出現了。
隨著技術的不斷推進，上世紀80年代初，一種全新的表面分析
儀器——掃描隧道
顯微鏡 （Scanning tunneling microscope——STM誕生了。其橫向分辨能力高達0.1納米，縱向達0.01納米。可以直接觀察大氣、真空、甚至液體中處于自然狀態下的樣品，引起了科學界的極大關注。這一
儀器在表面科學、材料科學與生命科學等領域獲得廣泛應用。與此同時，STM
儀器本身也獲得了迅速發展，相繼誕生了一系列在工作模式、結構及主要性能等方面與STM相似的顯微
儀器，統稱為掃描探針
顯微鏡Scanning probe microscope (SPM)，如原子力
顯微鏡Atomic force microscope(AFM)、光子掃描隧道
顯微鏡 Photon STM等，可以獲得STM無法獲取的各種表面結構信息。
姚駿恩院士說，當前，各類
顯微鏡正以其各自的優點，相互補充，為認識世界探索微觀世界的奧秘，進而能動地改造世界。如，掃描隧道
顯微鏡不僅能夠觀測物質表面的原子結構，而且開辟了從小到大，從下到上制造納米器件的新途徑。這些
儀器還有測量和制造的功能，把
儀器和機器有機地結合為一體。為了表彰電子
顯微鏡的創始人E. Ruska教授及掃描隧道
顯微鏡的發明者G. Binnig和H. Rohrer博士的功績，瑞典皇家學院授予他們1986年諾貝爾物理獎。
電鏡研制，中國曾經輝煌
他說，從1956年王大珩、錢臨照先生等在制定我國《12年國家科學和技術長遠發展規劃》時提出研制電子
顯微鏡以來，已經歷了半個世紀。
風華正茂的姚駿恩，1952年大學畢業后分配到中國科學院長春光機所工作。他的第一個課題是做精密電阻箱，自己動手纏線圈，買器材。一年之后，開始研制測量微小電流的檢流計，涉及電磁場、光學、精密機械、材料等多個學科。1956年他跟隨王大珩院士參加《12年科學技術發展遠景規劃》的制定，當時國家聘請前蘇聯專家作顧問，他負責翻譯部分俄文資料。1957年，研究所本想派他去德國從事
紅外光譜儀研究。沒料，德國不同意，不希望中國人學習他們這類高精尖
儀器關鍵技術。
“雖然沒去成，但我卻有幸參加了開創我國的電子
顯微鏡研制事業”。他補充說。
1958～1959年，長春光機所開始研制電鏡，他主持設計、研制了10萬倍大型電子
顯微鏡。
他說，“回頭來看，中國基礎的實驗
儀器，竟都是在中國科學院的啟動的。可見，建國之初
儀器研制國家可謂‘一窮二白’。
1964年，長春光機所的電子
顯微鏡研究室轉并到位于北京中關村的中國科學院科學
儀器廠，姚駿恩院士開始了他的“第二次創業”。在北京，他們1965年成功研制出點分辨能力為0.5(0.4)納米的透射式電鏡。
上世紀70年代，他在中科院北京科儀廠負責研制成功了我國第一臺掃描電鏡。
1985年他參與了中科院北京電子
顯微鏡（開放）實驗室的籌建工作，開始了他的“第三次創業”：率先在國內提出并主持完成掃描隧道
顯微鏡的研制和生產工作。
1993年我國開展近場光學研究，他主持完成了我國第一臺光子掃描隧道
顯微鏡，打破了傳統光學
顯微鏡的分辨本領極限，達10 納米，推動和促進了掃描探針顯微學在中國的發展。
姚駿恩院士說，“到1996年為止，我國共生產制造了透射電鏡316臺，掃描電鏡及電子探針691臺，各式電鏡及電子衍射儀33臺，合計1040臺。其中，上海電子光學技術研究所，中科院北京科儀中心和江南光學
儀器廠共生產992臺，約占全部數量的95％。主要指標接近或達到當時的國際水平。同時，還生產了各種掃描探針
顯微鏡共112臺。應該指出的是，20世紀80年代以前，我國生產的電子
顯微鏡數量與進口的相當，為發展我國的科學技術和工農業生產做出了貢獻，有過自己的輝煌。改革開放后大量進口各種電鏡，促進了外國電鏡公司的發展，而國產電子
顯微鏡制造業卻奄奄一息，現在只剩下一個研制生產單位（北京中科科儀技術發展有限公司）還在艱苦奮斗，繼續生產中檔掃描電鏡”。
如今，姚駿恩院士應邀到北京航空航天大學任教。
他說，“這是我的第四次創業，我希望重振我國的電子
顯微鏡制造事業；發展空間納米測控技術，在進行太空探測時，能夠用上中國自己研制的超顯微分析
儀器，把原子力
顯微鏡等超
顯微鏡放到空間，在月球、火星表面實現納米量級的就位測量。火星上是否有生命需要靠
儀器來探測和驗證。如果把宇宙中的物質取回來，在回到地球再進行測量的過程中未免會受到污染，也會發生各種各樣的變化。那么哪些是污染？哪些是物質本身的呢？需要去偽成真。如果把
儀器放在太空直接進行原位測量，就可以減少和避免這類問題......”。
從落后到先進，爭取部分先超越
“國外對中國的策略，一般情況是，你不能制造的精密
儀器，他要高價，甚至不賣給你；當你有能力制造時，他以低價銷售給你，打垮你，不讓你發展”。姚駿恩院士一語點破中國科研
儀器發展面臨的困局。
“因此，我們必須自強自立。1956年制定《12年科學技術發展遠景規劃》時，關于電子
顯微鏡，前蘇聯顧問建議中國不要做。因為太復雜，我們沒有任何基礎，最好直接購買他們的產品。但王大珩院士堅持我們自己做。1958年，我們做出來了，但穩定性不如國外產品。”
姚駿恩院士認為，解決產品穩定性問題不是一日之功。科研
儀器從無到有，生產高質量
儀器的關鍵在于細節，需要一整套優良的工藝標準。從材料的選擇到加工工藝，每一個零部件都需要注意，每一個細節都需要精益求精，才能獲得高指標、高可靠性。我們需要一個打基礎的過程，而這樣積累的過程是難以超越的。
他告誡說，“關于國產
儀器質量不夠穩定的問題，原因是多方面的。很長一段時間以來，我們追求的是數量，是在幾年內必須完成其他國家幾十年完成的工作。這使研究人員免不了在某些方面湊合。因為完不成計劃，不僅是課題負責人的個人問題，而是整個團隊可能再也得不到經費支持的問題。要做到精益求精應該給一些時間。在研制一臺
儀器過程中，即使是裝一個螺絲釘往往都需要修一修。如果用的改錐不合適，螺絲釘的開口槽就會變形，而改錐使用的鋼和制造工藝也需要很高才好用。例如，彈簧，看上去是一個非常簡單的零件，但卻很難做好。材料的選擇十分重要，熱處理不規范，也生產不出批量的高質量彈簧。這都需要長期的積累，包括數據的積累，并形成規范。只有全部配套，才能上臺階。政府應該允許科技人員有時間積累和細化”。
他說，在工廠里，一些老師傅的工具為什么不愿借給別人使用？因為這是他的工作基礎，“工欲善其事，必先利其器”呀！你笨手笨腳把它弄壞了，他工作就不能得心應手了。
他指出，“一個人浮躁也許是他個人素質不夠高，但成千上萬人都表現浮躁，就應該深思，是不是評價體系、導向有什么問題？誠然，我們應該看到，這些都是發展過程中的問題，不可能一下子十全十美，只能有選擇性地把某些做到滿足國內需求，減少對國外的依賴，打好基礎，爭取一部分超越，逐步發展我們的技術特色，中國才會強大起來”。
后記：采寫完成姚駿恩院士這篇稿件后，他先后請了三位教授為文章談到的內容把關，然后才返回給記者。其中，商廣義教授饒有興趣地描述：
風風雨雨五十載，電鏡研制夢相隨。
透射掃描和探針，微觀世界可少誰？
天地人和今又現，老中青年大有為。
苦干求精重實效，振興科儀展國威。
