视频|揭秘重庆首个大科学装置 超瞬态实验装置到底能干啥?
近日,重庆首个大科学装置——超瞬态实验装置项目在西部(重庆)科学城开工。

视频|揭秘重庆首个大科学装置 超瞬态实验装置到底能干啥?

来源:华龙网-新重庆客户端2021-06-02
 
低能电子显微镜实验室,科研人员正在认真的工作。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

华龙网-新重庆客户端6月2日14时讯(记者 秦思思)近日,重庆首个大科学装置——超瞬态实验装置项目在西部(重庆)科学城开工。

大科学装置是什么?超瞬态又是什么?主要有哪些作用?昨(1)日,华龙网-新重庆客户端记者走进超瞬态实验装置项目,让专家团队为我们答疑解惑。

 
超瞬态实验装置项目专家团队。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态是什么?

超瞬态科学,顾名思义,超是指超越的含义;瞬指瞬息万变。

“过去我们着重于研究结构,比如说一个物体的外形,它的结构组成。现在随着科学技术的进一步发展,研究者不光要知道物体的外形结构,还要知道物体相互运动规律,内部物质间如何相互作用的机制。”重庆大学电子显微镜中心科研主任、超瞬态科学装置技术总负责人唐文新教授向记者解释。

 
重庆大学电子显微镜中心。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

简单来说,超瞬态科学不仅能了解物质静态的结构,也能够揭秘物质动态的变化过程,涉及的时间尺度从飞秒到秒;空间尺度可从埃到米。

飞秒是指时间单位,1飞秒为1秒的一千万亿分之一。光是宇宙里跑得最快的,每秒大约可跑30万公里(绕地球7圈半),但在1飞秒内,光也只能跑300纳米。

而埃是长度单位,1埃为1纳米的1/10。1纳米约一根头发丝的6万分之一,而1埃只有一根头发丝的60万分之一。

而超瞬态实验装置就是要精确到“飞秒”+“埃”的尺度下来研究物质“瞬息变化”。

 
工作中的重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》为什么要研究超瞬态?

以雪豹奔跑为例,雪豹的运动速度按秒计算,但雪豹肌肉纤维组成分子的运动,却是以微秒甚至飞秒来衡量的。当掌握这个规律后,人们就能将这个规律沿用至其他先进马达创新领域。

“简单来说,就是我们把微观的机制了解清楚之后,再反应它宏观的性质。从了解现象到知晓规律,到最后形成完整的认知,产生原创性科学技术成果。”唐文新说道。

超瞬态不仅能了解物质静态的结构,也能够揭秘物质动态的变化过程,是研究非平衡态(或亚稳态)下物质的结构、功能及演变过程,也是解决物质科学从“结构观察”迈向“功能控制”的关键手段。

 
重庆大学教授,电子显微镜中心科研主任,超瞬态科学装置技术总负责人唐文新正在给记者介绍超瞬态科学装置项目。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态实验装置由什么组成?

超瞬态科学是十分前瞻性的物质科学领域,也是未来科学发展的重要引领性方向之一。本次开工建设的超瞬态大科学实验装置,是国际上首次明确在时间尺度上提出两种探针相互耦合的大科学装置。

唐文新教授表示,超瞬态实验装置是提供时间与空间多维研究与调控的基础科研设施,由“高通量同步辐射光源”和“超瞬态电子显微镜集群”两部分有机组成。

其中,同步辐射光源是以提供低发射度、高流强和高通量光源为特色的同步辐射装置,主要服务于解决国民经济主战场中对高通量光源迫切需求的项目研发;超瞬态电子显微镜集群包括已自主研制成功的世界首套超瞬态自旋极化低能电子显微镜、世界独特的四维透射电镜等核心仪器设备,可实现对物质在力、热、磁、电和辐照等多维多尺度耦合表征。

 
重庆大学电镜中心副主任、教授黄天林正在三维透镜电镜室进行试验演示。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态实验装置未来能干嘛?

在未来生活中,超瞬态科学研究领域也极为广泛,该装置将以服务国家重大需求和国民经济主战场为导引,重点解决先进制造、先进材料、新能源、电子信息、生物医药等领域共性关键技术需求,对高温燃烧机理、3D 打印、新材料、极紫外光刻、固态及新燃料电池、癌症早期诊断与放疗等基础研究和产业技术融通创新提供强有力的支撑。

“微观结构决定了宏观性能。宏观性能的改变优化,需要从微观的组织、化学元素分布,原子排列方式与方向等机制中去调控。”重庆大学电镜中心副主任,超瞬态电子显微镜研发核心成员黄天林教授介绍,

例如在新材料领域,想要开发出在极端条件下性能好、耐用的新材料,就需要分析微观组织在极端条件,如超高速变形条件下的动态演变,这时候,超瞬态实验装置就将发挥大作用。

“打个比方,过去开发一项核心产品,生产工艺参数的调控与优化可能需要10年甚至20年时间。如果能把宏观性随工艺参数变化背后的微观机制弄清楚,再去调控时,就知道朝哪个方向改,开发新产品就要快很多。”重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授介绍,材料设计就像炒菜,在炒菜的过程中,要放各种各样的佐料,放多少量,会影响最后的口感。通过对不同工艺得到的材料微观结构进行研究,就可以了解其中的机制,知道这些元素加进去以后,材料的性能为什么会好,加多少量又是最佳的……有了这些规律性机制以后就可以反过来指导先进材料设计。

》》超瞬态实验装置项目如何建?

超瞬态实验装置项目由重庆大学牵头建设,是重庆首个大科学装置,占地500亩,总投资30亿元。

项目分两期建设,一期计划建设实验中心及办公用房1.026万平方米,建设500Mev低能强流同步辐射光源和3套超瞬态电子显微平台,预计2023年左右一期建成投用。

作为全国最顶尖的电子显微镜中心之一,重庆大学电子显微镜中心不但拥有全球空间分辨能力最高的商业透射电镜,有其自主研发的世界首台具有三维晶体学与三维位错表征能力的透射电镜,以及世界首套像差校正超快自旋极化低能电子显微镜,填补了全球电镜领域的空白,还建立了自主研发超瞬态电子显微镜团队,为建设超瞬态实验装置打下良好基础。

》》超瞬态实验装置对重庆而言有何意义?

大科学装置产出的是科学知识和技术成果,而不是直接的经济效益,建成后要通过长时间稳定的运行、不断的发展和持续的科学活动才能实现预定的科学技术目标。比如,贵州“中国天眼”、欧洲“大型强子对撞机”等都是著名的大科学装置。

大科学装置是国家为解决重大科技前沿、国家战略需求中的战略性、基础性和前瞻性科技问题,谋求重大突破而投资建设的大型研究设施,也是国家基础设施的重要组成部分。

近年来,重庆把科技创新摆在发展全局中更加突出的位置,市委市政府主要领导在推动成渝地区双城经济圈建设领导小组会议、全市高等院校和科研院所工作座谈会等多个场合,反复强调要推进大科学装置、国家(重点)实验室等重大科技基础设施落地,其重要性不言而喻。

“拥有先进的大科学装置,甚至大科学装置群,是重庆成为具有全国影响力的科技创新中心的重要支撑和基本条件。”唐文新教授称,开工建设超瞬态实验装置,是重庆迈向具有全国影响力科技创新中心的“第一步”,是西部(重庆)科学城创新能级最基础的关键标志,将有利于重庆科技创新能力提升、攻克重要领域关键技术、以点带面联动其他领域创新。

建设先进的大科学装置还将有利于迅速吸引大批尖端人才聚集到重庆,利用先进的重大科学基础设施开展前沿科学和应用技术研究,同时促进年轻人才的培养,未来也会孕育出一批在中国具有影响力的高科技企业。

(如果您有新闻线索,欢迎向我们报料,一经采纳有费用酬谢。报料微信:hualongbaoliao,报料QQ:3401582423。)

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视频|揭秘重庆首个大科学装置 超瞬态实验装置到底能干啥?

2021-06-02 14:10:17 来源: 0 条评论
 
低能电子显微镜实验室,科研人员正在认真的工作。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

华龙网-新重庆客户端6月2日14时讯(记者 秦思思)近日,重庆首个大科学装置——超瞬态实验装置项目在西部(重庆)科学城开工。

大科学装置是什么?超瞬态又是什么?主要有哪些作用?昨(1)日,华龙网-新重庆客户端记者走进超瞬态实验装置项目,让专家团队为我们答疑解惑。

 
超瞬态实验装置项目专家团队。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态是什么?

超瞬态科学,顾名思义,超是指超越的含义;瞬指瞬息万变。

“过去我们着重于研究结构,比如说一个物体的外形,它的结构组成。现在随着科学技术的进一步发展,研究者不光要知道物体的外形结构,还要知道物体相互运动规律,内部物质间如何相互作用的机制。”重庆大学电子显微镜中心科研主任、超瞬态科学装置技术总负责人唐文新教授向记者解释。

 
重庆大学电子显微镜中心。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

简单来说,超瞬态科学不仅能了解物质静态的结构,也能够揭秘物质动态的变化过程,涉及的时间尺度从飞秒到秒;空间尺度可从埃到米。

飞秒是指时间单位,1飞秒为1秒的一千万亿分之一。光是宇宙里跑得最快的,每秒大约可跑30万公里(绕地球7圈半),但在1飞秒内,光也只能跑300纳米。

而埃是长度单位,1埃为1纳米的1/10。1纳米约一根头发丝的6万分之一,而1埃只有一根头发丝的60万分之一。

而超瞬态实验装置就是要精确到“飞秒”+“埃”的尺度下来研究物质“瞬息变化”。

 
工作中的重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》为什么要研究超瞬态?

以雪豹奔跑为例,雪豹的运动速度按秒计算,但雪豹肌肉纤维组成分子的运动,却是以微秒甚至飞秒来衡量的。当掌握这个规律后,人们就能将这个规律沿用至其他先进马达创新领域。

“简单来说,就是我们把微观的机制了解清楚之后,再反应它宏观的性质。从了解现象到知晓规律,到最后形成完整的认知,产生原创性科学技术成果。”唐文新说道。

超瞬态不仅能了解物质静态的结构,也能够揭秘物质动态的变化过程,是研究非平衡态(或亚稳态)下物质的结构、功能及演变过程,也是解决物质科学从“结构观察”迈向“功能控制”的关键手段。

 
重庆大学教授,电子显微镜中心科研主任,超瞬态科学装置技术总负责人唐文新正在给记者介绍超瞬态科学装置项目。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态实验装置由什么组成?

超瞬态科学是十分前瞻性的物质科学领域,也是未来科学发展的重要引领性方向之一。本次开工建设的超瞬态大科学实验装置,是国际上首次明确在时间尺度上提出两种探针相互耦合的大科学装置。

唐文新教授表示,超瞬态实验装置是提供时间与空间多维研究与调控的基础科研设施,由“高通量同步辐射光源”和“超瞬态电子显微镜集群”两部分有机组成。

其中,同步辐射光源是以提供低发射度、高流强和高通量光源为特色的同步辐射装置,主要服务于解决国民经济主战场中对高通量光源迫切需求的项目研发;超瞬态电子显微镜集群包括已自主研制成功的世界首套超瞬态自旋极化低能电子显微镜、世界独特的四维透射电镜等核心仪器设备,可实现对物质在力、热、磁、电和辐照等多维多尺度耦合表征。

 
重庆大学电镜中心副主任、教授黄天林正在三维透镜电镜室进行试验演示。华龙网-新重庆客户端记者 尹建红 摄  

》》超瞬态实验装置未来能干嘛?

在未来生活中,超瞬态科学研究领域也极为广泛,该装置将以服务国家重大需求和国民经济主战场为导引,重点解决先进制造、先进材料、新能源、电子信息、生物医药等领域共性关键技术需求,对高温燃烧机理、3D 打印、新材料、极紫外光刻、固态及新燃料电池、癌症早期诊断与放疗等基础研究和产业技术融通创新提供强有力的支撑。

“微观结构决定了宏观性能。宏观性能的改变优化,需要从微观的组织、化学元素分布,原子排列方式与方向等机制中去调控。”重庆大学电镜中心副主任,超瞬态电子显微镜研发核心成员黄天林教授介绍,

例如在新材料领域,想要开发出在极端条件下性能好、耐用的新材料,就需要分析微观组织在极端条件,如超高速变形条件下的动态演变,这时候,超瞬态实验装置就将发挥大作用。

“打个比方,过去开发一项核心产品,生产工艺参数的调控与优化可能需要10年甚至20年时间。如果能把宏观性随工艺参数变化背后的微观机制弄清楚,再去调控时,就知道朝哪个方向改,开发新产品就要快很多。”重庆大学电子显微镜中心透射电镜技术负责人陈厚文副教授介绍,材料设计就像炒菜,在炒菜的过程中,要放各种各样的佐料,放多少量,会影响最后的口感。通过对不同工艺得到的材料微观结构进行研究,就可以了解其中的机制,知道这些元素加进去以后,材料的性能为什么会好,加多少量又是最佳的……有了这些规律性机制以后就可以反过来指导先进材料设计。

》》超瞬态实验装置项目如何建?

超瞬态实验装置项目由重庆大学牵头建设,是重庆首个大科学装置,占地500亩,总投资30亿元。

项目分两期建设,一期计划建设实验中心及办公用房1.026万平方米,建设500Mev低能强流同步辐射光源和3套超瞬态电子显微平台,预计2023年左右一期建成投用。

作为全国最顶尖的电子显微镜中心之一,重庆大学电子显微镜中心不但拥有全球空间分辨能力最高的商业透射电镜,有其自主研发的世界首台具有三维晶体学与三维位错表征能力的透射电镜,以及世界首套像差校正超快自旋极化低能电子显微镜,填补了全球电镜领域的空白,还建立了自主研发超瞬态电子显微镜团队,为建设超瞬态实验装置打下良好基础。

》》超瞬态实验装置对重庆而言有何意义?

大科学装置产出的是科学知识和技术成果,而不是直接的经济效益,建成后要通过长时间稳定的运行、不断的发展和持续的科学活动才能实现预定的科学技术目标。比如,贵州“中国天眼”、欧洲“大型强子对撞机”等都是著名的大科学装置。

大科学装置是国家为解决重大科技前沿、国家战略需求中的战略性、基础性和前瞻性科技问题,谋求重大突破而投资建设的大型研究设施,也是国家基础设施的重要组成部分。

近年来,重庆把科技创新摆在发展全局中更加突出的位置,市委市政府主要领导在推动成渝地区双城经济圈建设领导小组会议、全市高等院校和科研院所工作座谈会等多个场合,反复强调要推进大科学装置、国家(重点)实验室等重大科技基础设施落地,其重要性不言而喻。

“拥有先进的大科学装置,甚至大科学装置群,是重庆成为具有全国影响力的科技创新中心的重要支撑和基本条件。”唐文新教授称,开工建设超瞬态实验装置,是重庆迈向具有全国影响力科技创新中心的“第一步”,是西部(重庆)科学城创新能级最基础的关键标志,将有利于重庆科技创新能力提升、攻克重要领域关键技术、以点带面联动其他领域创新。

建设先进的大科学装置还将有利于迅速吸引大批尖端人才聚集到重庆,利用先进的重大科学基础设施开展前沿科学和应用技术研究,同时促进年轻人才的培养,未来也会孕育出一批在中国具有影响力的高科技企业。

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