電子顯微學(xué)，就是使用電子顯微鏡觀察物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的科學(xué)技術(shù)。透射、掃描電子顯微鏡作為電子顯微學(xué)中先進(jìn)技術(shù)的代表性產(chǎn)品，其核心技術(shù)過去一直被發(fā)達(dá)國家所壟斷，曾被列入我國35項“卡脖子”技術(shù)之一。
2023年4月，在香港城市大學(xué)高時空分辨電鏡中心主任、香港城市大學(xué)深圳研究院院長陳福榮教授的帶領(lǐng)下，全球第一臺由大學(xué)團(tuán)隊自主研發(fā)的緊湊型、兼具場發(fā)射“掃描 (SEM)”和“掃描透射 (STEM)”模式和時間分辨的新一代電子顯微鏡成功發(fā)布，標(biāo)志著我國在高端電子顯微鏡領(lǐng)域的研發(fā)和應(yīng)用上已突破技術(shù)壟斷，并進(jìn)入國際領(lǐng)先陣營。
電子顯微鏡的創(chuàng)新突破
由于電子顯微鏡能以明顯高于光學(xué)顯微鏡的分辨率成像，并提供微納米甚至原子尺度的測量及分析，因此在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中，它是不可缺少的重要工具。電子顯微鏡在基礎(chǔ)物理學(xué)、納米材料、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體檢測及納米加工等諸多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用，特別是在現(xiàn)代新興的生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、材料學(xué)、芯片和集成電路等高科技行業(yè)，電子顯微鏡更是不可或缺。
陳福榮教授說道：“新一代電子顯微鏡的自主研發(fā)，不僅讓我們在高時空分辨電鏡的研發(fā)和應(yīng)用上實現(xiàn)了技術(shù)壟斷的突破，也讓我們處于領(lǐng)跑者行列并具有核心優(yōu)勢。”
據(jù)陳福榮教授介紹，新研發(fā)的電子顯微鏡采用獨(dú)創(chuàng)真空系統(tǒng)，有效延長了電子槍針尖的使用壽命，能大大減低大氣粒子和雜質(zhì)對電子束的干擾，做到有效提升成像質(zhì)量。“除了能夠?qū)崿F(xiàn)基本的樣品掃描、放大與成像功能之外，新研發(fā)的電子顯微鏡還具備觀測液態(tài)樣品和量測易損傷物質(zhì)的能力，通過成像系統(tǒng)與軟件分析可以得到包括半導(dǎo)體芯片、生物醫(yī)藥等樣品的成分、形貌和結(jié)構(gòu)訊息，例如，它可以幫助實現(xiàn)在室溫液態(tài)狀態(tài)下重構(gòu)立體蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)?！?/span>
針對所取得的成果，陳福榮教授表示，雖然目前新一代電子顯微鏡在空間分辨率方面相比大型電子顯微鏡還略有差距，但和一般的大型電子顯微鏡相比，它也有很多優(yōu)勢，如“體積更小，有更廣泛的應(yīng)用場景，所以能夠很快應(yīng)用到實際當(dāng)中，目前在芯片生產(chǎn)環(huán)節(jié)也已投入使用。”
據(jù)了解，23年12月，香港城市大學(xué)深圳福田研究院（現(xiàn)更名為“香港城市大學(xué)物質(zhì)科學(xué)研究院（福田）”）、香港高等研究院以及香港城市大學(xué)材料科學(xué)與工程系主辦，深圳研究院協(xié)辦了一場高規(guī)格的「2023中德先進(jìn)電子顯微學(xué)與儀器研討會」，陳福榮教授以其在該領(lǐng)域的卓著成果位列大會主席之一。會議不僅為專家學(xué)者、行業(yè)從業(yè)者、城大學(xué)生及大灣區(qū)的科學(xué)界提供了一個國際化的學(xué)術(shù)交流平臺，更為河套深港科技創(chuàng)新合作區(qū)建設(shè)全球電子顯微學(xué)創(chuàng)新高地和高端精密儀器裝備制造產(chǎn)業(yè)基地注入了新的動力。
建立世界領(lǐng)先的電光學(xué)中心
上個世紀(jì)七十年代，陳福榮教授考入臺灣新竹清華大學(xué)，就讀于材料科學(xué)系，并在1980年遠(yuǎn)赴大洋彼岸讀書工作。在發(fā)現(xiàn)臺灣及內(nèi)地科技界已經(jīng)產(chǎn)生翻天覆地的變化、有著發(fā)展高科技的契機(jī)之后，已在異國他鄉(xiāng)歷經(jīng)十載的他懷抱著「建設(shè)更好中國」的熱情，選擇回歸本土。多年后他選擇加入香港城市大學(xué)，并來到跟內(nèi)地能夠融為一體的物質(zhì)科學(xué)研究院（福田）。
作為香港城市大學(xué)協(xié)理副校長（內(nèi)地合作）、香港城市大學(xué)內(nèi)地三個研究院院長，陳福榮教授深刻理解研究院在科研產(chǎn)業(yè)化中扮演著至關(guān)重要的角色。他認(rèn)為，研究院在開展高水平的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究、為科研產(chǎn)業(yè)化提供技術(shù)支持和人才儲備之外，還需要具有科技成果轉(zhuǎn)化的能力，要能積極地將科技成果轉(zhuǎn)化為具有市場競爭力的產(chǎn)品或服務(wù)，推動科研產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
在電子顯微鏡領(lǐng)域，為了推動科研成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)型，陳福榮教授要求科研團(tuán)隊充分調(diào)研市場和用戶需求，尤其是先進(jìn)半導(dǎo)體和生物醫(yī)藥兩大重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。陳福榮教授提到，目前要觀察蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，只能在極低溫度下用冷凍電子顯微鏡進(jìn)行，團(tuán)隊的研究正是要突破這方面的局限。
“團(tuán)隊現(xiàn)正研發(fā)高時空分辨率掃描/透射一體化緊湊型電子顯微鏡，將利用脈沖空錐成像，在室溫及液態(tài)狀況下觀察及重構(gòu)立體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，”陳福榮教授介紹，團(tuán)隊將通過獨(dú)創(chuàng)設(shè)計融合單向閥和電子光學(xué)系統(tǒng)，實現(xiàn)大氣環(huán)境和液態(tài)環(huán)境的常溫常壓電子顯微探測，這將大幅度提升電鏡觀測能力，是顛覆電鏡產(chǎn)業(yè)的重要突破。目前這兩種電鏡設(shè)計都已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)測試階段?！白鳛殡婄R產(chǎn)業(yè)化的前置準(zhǔn)備，我們已經(jīng)成立公司并獲得城市大學(xué)300萬的天使輪融資，即將在2024年進(jìn)入中試和量產(chǎn)?！?/span>
“我們要在大灣區(qū)建立一個世界領(lǐng)先的電子光學(xué)設(shè)計和制造中心，集中研究電子光學(xué)技術(shù)，并進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移?！标惛s教授說道。該中心將集合香港在基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新等方面的優(yōu)勢，并結(jié)合以深圳為代表的大灣區(qū)在應(yīng)用研究、研發(fā)投入、制造鏈條等方面的強(qiáng)大競爭力。陳福榮教授會帶領(lǐng)團(tuán)隊將電子光學(xué)的相關(guān)技術(shù)轉(zhuǎn)移至營運(yùn)中及新成立的公司，目標(biāo)是要在儀器及科學(xué)領(lǐng)域上，保持較全球其他電子顯微鏡設(shè)施領(lǐng)先15年的技術(shù)。
陳福榮教授在提到下一步的構(gòu)想時表示，未來將會帶領(lǐng)團(tuán)隊在電子顯微鏡領(lǐng)域?qū)Ｗ⒀邪l(fā)并提供“目前未能在不同外部環(huán)境（例如電場、激光、高溫、低溫）下進(jìn)行的人工光合作用、量子材料及水科學(xué)等相關(guān)應(yīng)用科技的一系列高時空分辨電子顯微鏡服務(wù)”。
據(jù)了解，除了新一代電子顯微鏡，智慧節(jié)能玻璃同樣是陳福榮教授的科研產(chǎn)品。這是一種具有自動調(diào)節(jié)光線、隔絕紅外光達(dá)到隔熱控溫，以及通過電致變色有效降低建筑物的能耗等多種功能的高度技術(shù)含量玻璃。這種玻璃與國家“碳達(dá)峰碳中和”的概念相契合，未來不僅可以與光伏技術(shù)相結(jié)合，推動建成零損耗零碳建筑，還在汽車天窗、智能顯示屏等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，該相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)實際投產(chǎn)，其生產(chǎn)徹底擺脫了國外技術(shù)的限制。陳福榮教授所在的團(tuán)隊也組建了國內(nèi)唯一能夠提供以節(jié)能減碳為主的無機(jī)薄膜型電致變色產(chǎn)品的公司。
