我國(guó)阿伏加德羅常數(shù)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究取得突破性進(jìn)展

本報(bào)訊（王秋艷記者楊蕾）近日，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院聯(lián)合清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)開(kāi)展的“ 阿伏加德羅常數(shù)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究”課題通過(guò)專家驗(yàn)收。該課題組經(jīng)過(guò)4 年的研究，建立了一套固體密度基準(zhǔn)裝置，該裝置測(cè)量硅球直徑的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.9nm達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；通過(guò)構(gòu)建新的裝置和優(yōu)化工藝流程，使得自然豐度單晶硅摩爾質(zhì)量測(cè)量不確定度達(dá)到了8×10-8，是目前國(guó)際上最高測(cè)量水平。

專家認(rèn)為，該項(xiàng)目研究成果為我國(guó)建立摩爾計(jì)量基準(zhǔn)奠定了重要基礎(chǔ)，為我國(guó)在基本物理常數(shù)研究方面爭(zhēng)得了國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。據(jù)介紹，阿伏加德羅常數(shù)是一個(gè)將微觀世界與宏觀世界關(guān)聯(lián)起來(lái)的基本物理常數(shù)。準(zhǔn)確測(cè)量阿伏加德羅常數(shù)對(duì)國(guó)際基本單位——千克和摩爾的重新定義起著舉足輕重的作用，同時(shí)對(duì)于在原子、分子和量子水平上研究和解決計(jì)量基標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題十分關(guān)鍵。

目前，國(guó)際上對(duì)阿伏加德羅常數(shù)的測(cè)定主要是根據(jù)完整晶格單晶硅的摩爾體積和單個(gè)硅原子的體積之比，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量單晶硅球的密度，單晶硅摩爾質(zhì)量和晶格常數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。課題負(fù)責(zé)人、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院羅志勇研究員和易洪副研究員介紹，該項(xiàng)目在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于“ 機(jī)械掃描精密相移”原理和“ 新五幅算法”硅球直徑精密測(cè)量，整套系統(tǒng)的測(cè)量重復(fù)性優(yōu)于0.5nm，直徑測(cè)量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.9nm。設(shè)計(jì)的多層特殊管道布局真空系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“相位疊加效應(yīng)”和“溫度梯度補(bǔ)償效應(yīng)”的精密控溫，真空腔內(nèi)溫度長(zhǎng)期穩(wěn)定性優(yōu)于1mK。在單晶硅摩爾質(zhì)量精密測(cè)量研究方面，課題組構(gòu)建了一套新的五氟化溴法制備四氟化硅樣品的實(shí)驗(yàn)裝置，優(yōu)化了五氟化溴法制備四氟化硅的工藝流程，化學(xué)制備完全轉(zhuǎn)化，無(wú)分餾，在分子水平上混合均勻，污染更少；并提出了準(zhǔn)確測(cè)量硅摩爾質(zhì)量的新判據(jù)。

課題組通過(guò)研究五氟化溴法制備四氟化硅的工藝流程和堿溶法制備四氟化硅的工藝流程，發(fā)現(xiàn)了國(guó)際阿伏加德羅常數(shù)工作組所采用的堿溶法制樣過(guò)程中存在分餾效應(yīng)，并且準(zhǔn)確測(cè)量了該分餾效應(yīng)的量值，揭示了X 射線晶體密度法和功率天平法測(cè)量阿伏加德羅常數(shù)存在不一致的原因，在阿伏加德羅常數(shù)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了重要突破，為今后重新定義質(zhì)量基本單位千克和物質(zhì)的量的基本單位摩爾提供了技術(shù)支撐。

另?yè)?jù)了解，目前，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院開(kāi)展的阿伏加德羅常數(shù)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容已成為國(guó)際阿伏加德羅常數(shù)合作項(xiàng)目的重要部分。通過(guò)與國(guó)際組織合作研究阿伏加德羅常數(shù)測(cè)量技術(shù)，將帶動(dòng)我國(guó)納米量級(jí)精密測(cè)量技術(shù)、物質(zhì)的量精密測(cè)量技術(shù)、體積和密度精密測(cè)量技術(shù)等大批尖端高新測(cè)量技術(shù)的發(fā)展；同時(shí)對(duì)于建立和完善我國(guó)以基本物理常數(shù)為基礎(chǔ)的計(jì)量單位制體系、增強(qiáng)科技競(jìng)爭(zhēng)力、培養(yǎng)高水平的科研人才具有十分重要的意義。

來(lái)源：中國(guó)質(zhì)量報(bào)

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