优化皮牛级力传感器 科学家初次"看到"氢键

把"命门"把握在自己手中

透过试验室的玻璃窗，可以看见三个穿蓝色试验服的年轻人正专心致志地在显微镜下操作着一组微型东西。"这位教师是咱们中心的助理研讨员，他是做电子器件的高手，正带领两位博士生在研讨一个可以进行精细丈量的微机械设备。"国家纳米科学中心研讨员裘晓辉向科技日报记者介绍。

工欲善其事，必先利其器。裘晓辉以为，"要在基础研讨中不断有原始立异，咱们不能仅停留在宣布论文的状况，而要不断霸占核心技能，研发先进的仪器设备，才能去探究他人做不了的前沿问题。"

颤动科学界，初次直接"看到"氢键

为何水在常温下是液态；为何冰能浮在水上？"这都是氢键的奇特法力。水分子中的两个氢原子和一个氧原子由共价键衔接，而水分子之间则是由一种极弱小的效果联络在一起，这便是氢键。"裘晓辉介绍说。

氢键是天然界中最重要、存在最广泛的分子键相互效果的方式之一，对物质和生命有至关重要的影响，许多药物也是经过和生命体内的生物大分子发作氢键相互效果而发挥效能。

自1936年诺贝尔化学奖得主鲍林在其作品《化学键的实质》中初次提出"氢键"这一概念后，科学界就存在争辩：氢键仅仅是一种分子间弱的静电相互效果，仍是存在有部分的电子云同享？科学家一向在企图答复氢键是什么的问题，首要借助于X射线衍射、拉曼光谱、中子衍射等技能，这些研讨办法取得的数据可以从不同的方面反映氢键的性质，可是氢键的庐山真面目仍是一个未解之谜，因而有人乃至置疑它究竟存不存在。

裘晓辉带领研讨团队研发出"利器"——极活络的原子力传感器，使得这一问题的研讨有了突破性发展，犹如天文望远镜可以拍摄到国际深处星际的印象、星际之间的引力相同，使得原子力显微镜成为探明微观国际的照相机，可以为原子、分子、化学键"写真"。

浅显地讲，"这项环保燃油,无醇燃料,生物醇油研讨效果相当于曾经可以从太空中看到地上的人排成一行，现在是第一次看到，本来这些人之间是手拉着手的。"裘晓辉引证国家纳米科学中心前主任刘鸣华研讨员的话说道。

2013年年末，《科学》杂志刊发了裘晓辉团队直接观察到分子间氢键的效果；《天然》杂志还将分子间氢键的图画评述为当年年度三幅最震慑的图片之一。

不断立异，研发要害仪器核心部件

"我在白春礼院长辅导下进行博士生论文研讨时，就知道分子能自发排列成规整结构，可是对分子间存在的这种奇特效果一向看不到。"裘晓辉说。

而我国从德国花费数百万元置办的原子力显微镜是用于研讨纳米国际的高精细仪器，却一直看不清氢键的容貌。

所以，裘晓辉带领团队对进口设备的微力传感器加以技能改善，从规划和技能方面优化了核心部件——皮牛级力传感器的功能，提高了丈量仪器电子信号的信噪比，终究取得远高于规范商品化仪器的丈量精度。

高功能力传感器便是整台显微镜设备的"眼睛"。裘晓辉辅导的研讨生创造性改善了制作工艺，可以将原子级尖利的钨探针粘接到谐振频率安稳的石英音叉上。

在不懈地尽力下，裘晓辉与国家纳米科学中心研讨员程志海、中国人民大学教授季威的团队密切合作，在超高真空和低温条件下，经过原子力显微镜观测在铜单晶外表吸附拼装的8-羟基喹啉分子，取得原子级分辩的分子化学骨架结构图画，并明晰观察到分子间存在的氢键效果，准确解析分子间氢键的构型，完成对氢键键角和键长的直接丈量。

负重致远，洞悉纳米国际新知

"当初次‘看到’明晰的氢键图画时，咱们知道这是国际上第一张拍到的图画，感觉十分充分和骄傲，"裘晓辉描绘道，"就像在天空中多个飘扬的风筝，假如可以看见拉住风筝的每根细线，就能知道是谁在操控风筝，咱们还可以丈量出这根线有多硬，力度多大。"

裘晓辉团队所取得的氢键图画，是国际上初次在实空间直接观测到分子间的氢键效果，为化学界争辩近百年的"氢键的实质"问题供给了新的试验依据。科学界点评这是"一项开拓性的发现，真实令人惊叹的试验丈量"，"是一项出色而令人激动震慑的作业"。

"实际上，分子个头越大，它们之间的效果力也越大，正如星际间的效果力。想了解国际是怎样组成的就需要搞清这些细小粒子间效果力是什么有多大。现在咱们可以进行纳米标准的丈量，勘探的最弱小的力相当于太阳光照在手指甲盖上力的十分之一。"裘晓辉说道。

"看到"仅仅第一步，关于氢键的研讨尚有很长的路要走。

裘晓辉表明，不仅是氢键，未来的研讨还会拓宽至其他重要化学键的研讨，比方共价键、离子键等，以及进一步在原子、分子标准上对不同化学键的强度进行丈量等。由此，咱们将会了解资料构成的原因，分子在化学反应中怎样改变，知道资料的特性，逐步制作出资料基因图谱，辅导新资料的规划，像搭积木相同，根据需要制作出新的资料等。

科研作业负重致远，唯有信仰坚决，方得一直。正如裘晓辉所言，"假如发现了一个有意义的科学问题，就应该沉下心来仔仔细细地尽力处理它。"

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