朱永法，清華大學教授，北京電子能譜中心常務副主任。從1985年進入（rù）北京（jīng）大學攻讀碩士研（yán）究生開始接觸X射線光電子能譜儀(XPS)，再到1988年到清（qīng）華大學分析測試中心開始接觸到俄歇電子能譜(AES)，直到現在近30年的時間，朱永法一直在（zài）從事電子能譜儀器在材料表麵（miàn）分析中的研究與應用，見（jiàn）證了電子能譜儀器在這30年中的發（fā）展變化，及其對材料（liào）表麵分析研究的影響。

　　日前，記者特別采訪了朱永法，請他就（jiù）電子能譜技術的發展及應用現（xiàn）狀、電子能譜儀器的發展對材料科學研究的影響、以及科（kē）研人員應該如何更好的利用儀器促進科學研（yán）究等內容談了自己（jǐ）的看法（fǎ）。

清華大學教（jiāo）授（shòu）朱永法

　　電子能譜儀器的發（fā）展促（cù）進了（le）材料表麵分析研究

　　“作為材料（liào）表麵分析的重要手段，XPS和AES的商品化儀器於上個世紀70年代基本發展成型。我國在80年代引入了XPS。”

　　當時的（de）儀器操作非常不方便，自動化和信息（xī）化水平都很（hěn）低，大部分信息需要記錄（lù）儀來（lái）記錄，電製冷控製設備都（dōu）十分龐大，信（xìn）噪比也很差。在朱（zhū）永法看來，當時要使用好儀器，不（bú）僅（jǐn）需要知識的積累，更重要的是一門技能。

　　“直到本世紀初，電子能譜儀器的發展有了（le）非常大的突破。”朱永法說，“儀器的自動化程度和信（xìn）息挖掘程度都有了很（hěn）大的提高。同時，儀器的（de）能量分辨率，空間分辨率，信噪比提高了，比如（rú）空間分辨率從幾個毫米發展到微米（mǐ）、納米級，現在我們使用的XPS分辨率可以達到10μm，俄歇電子能譜可（kě）以達到8nm。”

　　這樣（yàng）的變化對科學研究也提供了很大的便利，過去為了提高空（kōng）間分辨率，而不（bú）得不降低（dī）信號強度，不（bú）僅需要很長的分析（xī）時間，結果也不理想。而現在幾分鍾時間就可以（yǐ）得到分析結果，並且兼具高（gāo）能量分辨率。朱永法介紹說，“現在的儀器可以實現自動進樣，並建有譜圖數（shù）據庫，這在以前很難想象。而微區（qū）分析技（jì）術的發展使得我（wǒ）們可以進行電（diàn）子器件連接位置，以及微電子材料的研究。”

　　儀器自動（dòng）化程度的提高，使得儀（yí）器的操作應用變（biàn）得更加方便，但是同時（shí）它也限（xiàn）製了研（yán）究人員自由發揮的空間。朱永法說：“過去我們可以在儀器中加（jiā）入很多我（wǒ）們自己的設想，對儀器進行改造，實現特殊的分析能力，或者獲得特（tè）殊用途的信息（xī），但是現（xiàn）在的儀器自動化程度高，很難對儀器再進行改造。自動化（huà）程（chéng）度高的儀（yí）器（qì），更適合大眾化分析，可以滿足95%的用戶需求。但對於科學研究（jiū）來說，我們還需要像原來那樣的老儀器，可以更改（gǎi）儀器的（de）設計（jì），滿足特殊的科研需求。”

　　電子（zǐ）能譜儀器逐漸成了材料研究當中的日（rì）常分析工具

　　“目前，隨著電子能（néng）譜儀器技術的（de）發展成熟，電子（zǐ）能譜分析方（fāng）法的研（yán）究也進入了低穀，不像上個世紀90年（nián）代，有很多相關的學術會議，大家討論（lùn）也很熱（rè）烈。但是表麵分析技術應用的開發空間還很大。” 朱永法談道。

　　“現在無論是（shì）做科（kē）研，還是產品研發都是離不開儀器分析（xī）。近年來隨著國（guó）家科研經費投入的增加，電（diàn）子能譜儀器（qì）在科研院所的使用已經（jīng）越來（lái）越普遍（biàn），逐漸成了材料研究當中的日常分析工具，不像以前要做表麵分析實驗（yàn），還要（yào）一再考慮。”

　　“但在企業,電子能譜儀器的應用還很少，除了儀器本（běn）身價格較貴（guì），主要由於我國（guó）的企（qǐ）業現在以模仿生產（chǎn）為主，原創性產（chǎn）品少，大（dà）多數企業隻（zhī）有生產加工能力（lì），很少有研發能力。一（yī）般國外的大企業都設有研究院，就會配置這（zhè）類儀器。不過隨著國家投（tóu）入增多，企業管理人中具有（yǒu）技術背（bèi）景（jǐng）的人員增加，目前一些半（bàn）導體、微電子、催（cuī）化材料生產企業，已經逐漸開始（shǐ）使用電子能譜儀器。”

　　“另外，在經濟（jì）全球（qiú）化的形勢下，我們的企業將會逐漸參與到國際市場的競爭，要想提高競爭力，就需（xū）要研發創新，不能隻是（shì）模仿，而（ér）創新沒有（yǒu）儀器的支持很（hěn）難實現，電子能譜儀作為材料研發和生產質量控製的重（chóng）要手段，相信以後在企業當中的需求會逐漸增大。”

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　　如（rú）何實現原（yuán）位分析，是電（diàn）子能譜（pǔ）儀器麵臨的挑戰（zhàn）

　　電子能譜儀器經過（guò）多年的發展，已經（jīng）成為一種成熟的儀器（qì）分析技術，但目前（qián）在材料表麵分析中還無法滿足許多科研需求。朱永法認為電子能譜儀器（qì）主要還是需要提升空間分辨率。“要小到真正（zhèng）能做納米材料，比如AES如果探針可以小（xiǎo）到1nm，那我們就可以在納米棒上做成分分析，但現在還做不到，得（dé）到的數（shù）據結果隻是平（píng）均值。XPS空間分（fèn）辨率如果能到1微米以下，我們就可以在微電子器件（jiàn）的焊點上尋找它同（tóng）其他部位的差別。”

　　“另外，在空間分辨率提升的同時，還要保（bǎo）證檢測信號的強（qiáng）度，現在電（diàn）子束其實也可以達到一個納米，但是束（shù）斑變小（xiǎo），能量降低，信號很（hěn）難被（bèi）檢測（cè）到。所以，將來（lái）檢測技術還需要不斷提高。當然還有計算能力、解譜（pǔ）能（néng）力、自動化程度等，都需要進一步提升。”

　　“最後，還（hái）有一個問題就（jiù）是（shì）現在材料表麵分析研（yán）究，都是在超高真（zhēn）空條（tiáo）件下，但是實（shí）際材料並不（bú）在超高真（zhēn）空環境中。如何實現在（zài）實（shí）際環境中，進行原位觀察，這（zhè）是電子能譜儀麵臨的挑戰。現在也有方法能夠實現在大（dà）氣環境中分析，但是技術還不是很成熟。然而科學的發展（zhǎn），有它的限製，至少在目前的環境下，要想（xiǎng）解（jiě）決這一問題，需要原理上的突破，幾十年的時間也不一（yī）定能夠實現。”

　　“最大程度的挖掘儀器信息是取得科研成果的重要方法”

　　從（cóng）2001年開始至（zhì）今，朱永法一直擔任清華大學研究生材料分析化學課程的教學工作，並出版專著兩部：《納米材料的分析表征和測試（shì）》和《材料分析化學》。他說：“科學研究的發展（zhǎn）離不開儀器，現在很多的材料表麵分析我（wǒ）們都可以借助電子能譜（pǔ）儀器來（lái）實現，而在以前（qián）隻能靠推測（cè）。儀器技術（shù）的發展也往往促使科學（xué）研究出現新（xīn）的生長點或新的發（fā）展。比如（rú）沒有原（yuán）子力顯微鏡，沒（méi）有STM，我們根本就不可能（néng）觀測到原子尺度的信（xìn）息（xī）。”

　　那麽科研人員究竟該怎樣做，才能更好的利用儀器促進科學研究呢?

　　現在（zài）是專業（yè）化服務的（de）時代，讓專業的人做專業的事

　　朱（zhū）永法說：“如果一個人隻會（huì）按說明書來（lái）進行操作儀器，那（nà）就（jiù）隻是操作人員;如果能將儀（yí）器提（tí）供的信息和一（yī）些實際（jì）現象聯係起來說明問（wèn）題，這是研究人員;如果能將特殊的現象用來解決特殊的問題，並把原理說清楚，那就是科學家。”

　　“所以對科研（yán）人員來說，更重要的（de）是了解科學知（zhī）識，提出好的（de）科研（yán）思路和想法來解決問題。並不需要花費（fèi）太多精力去了解如何操作儀器，畢竟人的（de）精力是有限（xiàn）的。”

　　“而且現在是專業化服務的時（shí）代，很多事情專業的人來做往往比我們花的時間少，做的結果（guǒ）又好。比如（rú）電（diàn）鏡，經（jīng）常操作電鏡的人，很快就可以找到最佳狀態來觀察，而一般人可能琢磨半天，得到的圖像還是虛的。如果想實現某種（zhǒng）特殊的需求，也可以找專（zhuān）業的廠商來做，關鍵是你要能（néng）夠提出（chū）自己的想法和需（xū）求（qiú）。”

　　“因此現在教學中，我對學生的要求隻是了解儀器的原理結構圖、知道儀器各個部件的功能，以及各個功能（néng）塊（kuài）。另外更多的是要從（cóng）物理原理角度了解儀器能提供什麽樣（yàng）的信息，了解影響儀（yí）器的因素，將儀（yí）器提供的信息與現象聯係（xì）起來，來說明和解決材料研究當中的問題。理解（jiě）和應用儀器提（tí）供的（de）信息對（duì）科研人員來說最重要（yào），並不是操作過程。”

　　“最大程度的挖掘儀器信息，而不是一味追（zhuī）求（qiú）先（xiān）進的儀器”

　　“儀（yí）器（qì）信息的挖掘是做材（cái）料研究的（de）科研人員必須要做的（de）事（shì）情，這也是取得科研成果的（de）重要方法，而（ér）不（bú）是一味的追求先進的儀器。對同類儀器來說，再先進的儀器它能提供的信息也是（shì）一樣的，並沒有本質上的突破。這也是有些科研人員用底子（zǐ）很差的儀器（qì），依然能發出高檔次文章的原因。”

　　“當前材料研究中使用的儀器就有許（xǔ）多更高層次的信（xìn）息需要我們去解析，在硬件方麵問題不大了，更（gèng）重要的是怎麽在軟的方麵（miàn）進行挖掘。比如紅外光譜，大部分人（rén）可（kě）能隻是壓片出一個紅外光譜圖，但實際上紅外光譜還可以提供全反射、漫反射信息（xī）;XPS可以提供結合能、化學位移、俄歇參數等特征信息，同時還可以（yǐ）提供價帶峰、攜上峰、靜（jìng）電裂分峰等（děng）指紋信息;X射線衍射儀主要用（yòng）於物相分析，實際上它還可以提供晶（jīng）胞（bāo）參（cān）數、摻雜、晶胞位置、缺陷、晶粒大小（xiǎo）、晶粒對接程度、介孔（kǒng）等各種各樣的信息，但很多人通常隻用其中的一兩（liǎng）個信息;利用常用的儀器挖掘不常用的信息，這些信息往往對科研是（shì）最有幫助的（de），普通的常用信息大家都（dōu）能做，而且這樣的科研證據說（shuō）服力也不一定強。”

　　“對技術人員（yuán）來說，能夠熟練的操作儀器和真正理解儀器還（hái）有很（hěn）大的距離”

　　當（dāng）科研人員專（zhuān）心於科學研究的同時，我們對儀器操作人員的（de）技術（shù）水平就提出了更高的要求。朱永法說，而作為一名儀器操作技術人（rén）員，就需要（yào）對儀（yí）器的組成，及硬件軟件問題非常清（qīng）楚。他需要了解儀器的狀態，尤其（qí）是硬件的狀態;並要了解儀器的原理和影響因素（sù）;另外對儀器要按規定（dìng）的程序來操作，我們現在許多儀器（qì）出問題，就是因為（wéi）沒有按照規定的程（chéng）序操作;最後要有基本的維護能力和（hé）故障判斷能力。”

　　“而且同（tóng）樣對（duì）技術人員來（lái）說，能夠熟練的操作儀器和（hé）真正理解儀器還有很大的距（jù）離。技術人員（yuán）有機會接觸大量的樣品，如果能將（jiāng）樣（yàng）品分類，了解每類樣品怎樣做得到的分析結（jié）果最好，慢慢積累經（jīng）驗，時間久（jiǔ）了也會成為專（zhuān）家。如果不論什麽樣品，都按同樣的程序來做，那（nà）我們就不需要專業（yè）的技術人（rén）員了。”

　　“目前，我們操作儀器的技術人（rén）員的素質普（pǔ）遍有（yǒu）待提高，因為大家（jiā）之前在學校裏學（xué）的隻是儀器原理，很少有機會（huì）接觸儀器;而且現在儀器的技術發展速（sù）度特（tè）別快。所以要做一名出色的技（jì）術（shù）人員，一定要有責任心，要投入精力（lì），不斷學習提升自己的能力水平。”

　　“在清華有不少（shǎo）技術人員的工作還是非常（cháng）出色的，不少實（shí）驗（yàn）員在工（gōng）作中不斷研究，發現了一些儀器不常用的功能（néng），或（huò）者是根據儀器的物理原理，開發出了新的功能。分析測試中心現在有五六名技術人員，甚至都拿到了國家的自然科學基金的（de）支持。其實隻要鑽研就（jiù）去了（le），總會出成果的。”