姚俊恩院士:他是王大恒的学生,独立设计开发了中国第一台电子显微镜

1959年10月1日,北京展览馆中央大厅排起了一条长队,人们怀着好奇心耐心地等待着,只是为了看一看电子显微镜下蚊子翅膀上的“汗毛”是什么样子。这一幕至今仍旧让姚骏恩难以忘怀。

当天人们用来观看“蚊子翅膀上的汗毛”的显微镜是我国第一台自行设计的XD-100型电子显微镜,是由姚骏恩主持设计、研制的。这项成果被列为中国仪器仪表行业从仿制到自行设计制造的一个标志,此后我国在该领域不断取得更高水平的成就,而姚骏恩也迎来了硕果累累的科研人生。

转向应用物理

1932年,“一·二八”淞沪大战前夕,姚骏恩一家从上海闸北宝山路逃难至附近的“法租界”居住,是年4月9日,姚骏恩在那里出生。

姚骏恩的童年和少年时期是在战火纷飞的年代中度过的,他读小学时“八一三”淞沪抗战开始,姚骏恩一家被迫再次迁到“法租界”居住。1941年,太平洋战争爆发后的一天,正在家中的姚骏恩突然听见了一声巨响,然后眼前一片火光,哭声震天。他和哥哥姚骏发急忙跑出去看,才知道是日本两架军用飞机演习相撞,飞机坠落在离他家仅二十多米处,造成了几十间楼房倒塌,他家弄堂对面房子的后半部已成一片瓦砾。那时,日本飞机经常在大中城市狂轰滥炸,而我们毫无还手之力。在“航空救国”的思想下,他在1949年报考了上海交通大学航空工程系,以及清华大学、大连大学等。

最后,姚骏恩选择了大连大学工学院电机系。他曾表示,选择大连大学的主要原因是,共产党使他看到了光明和希望,而大连大学是共产党在解放区自己创办的第一所正规大学,是为即将诞生的新中国培养建设人才的地方。

姚骏恩和上海中学的几十名同学一起乘坐学校包租的火车专列去大连,途中还遭到了国民党飞机的轰炸。那时,上海刚解放 ,去东北的火车尚未开通 ,路过南京时 ,还遭到国民党飞机的轰炸 。在东北广阔的土地上,他们这辆“专列”,边开车,边修路,终于在新中国成立前夕到达了大连。

那一年年底,学校为了了解这批学生的学习水平,进行了摸底考试。考试那天的监考老师是我国著名光学家王大珩,后来姚骏恩是这样回忆他第一次见到王大珩的情景的:“有位监考老师在我旁边站了一会儿,交卷时老师签名,我一看像是“美術”两字,至今还记忆犹新。”

当时,大连大学工学院没有应用物理系,于是1950年秋,王大珩动员学生转学应用物理。他说:“学应用物理的人他不是万能的,不是什么事情都能做,但是他能知道这件事情可以找谁来做,谁来解决。”就这样,包括姚骏恩在内的20名同学成为新中国第一个应用物理系的首批学生,姚骏恩担任班长,后又被选为校学生会数理分会主席。

1952年,为了支持国家第一个五年经济建设计划的需要,全国大学物理系的学生全体提前一年毕业,姚骏恩、王之江和王乃弘等五位学生进入中国科学院仪器馆(现为长春光学精密机械与物理研究所,简称光机所)参加工作。从设计大礼堂的坐椅、采购实验仪器设备等到研制精密电阻箱,姚骏恩在工作中不断积累经验,不断成长,逐步培养了他独立进行科研工作的能力。

创造多个“第一”

1956年,我国制定了《十二年科学技术远景规划》,由王大珩等组成的仪器规划小组,提出要研制电子显微镜。苏联顾问却认为:项目难度太大,十二年内中国做不出来,不要列入规划,中国如要用,可向苏联买。但是,眼光长远的王大珩并没有放弃电子显微镜的研制设想,他于1958年大胆提出由长春光机所研制电子显微镜,以武汉病毒研究所才到货的日本中型电镜作为参考,通过夜以继日的艰苦奋斗和对工作的高度协调,仅仅用了72天就制造出我国第一台电镜,加速电压为50kV,分辨本领达10nm。后来,这台电子显微镜作为光机所研制成功的“八大件”之一,于当年国庆节前夕在北京中关村展出,还受到了毛主席的赞赏。

是年11月,姚骏恩一人去武汉归还作为参考的日本电镜,然而因为这台日本电镜是被拆成了零部件再重新装起来的,因此出现了不少问题,就连机械泵也出了问题。正所谓“初生牛犊不怕虎”,姚骏恩大胆地把它拆开,清洗精密的旋转刮板后再装起来,经反复调试,这台电镜的各项性能终于恢复到原来的出厂指标。

当时有人提出质疑,光机所研制的电子显微镜是仿制的,你们能自主设计吗?为此,1958年9月,长春光机所成立电子显微镜研究小组,决定自行设计研制100kV大型电子显微镜,由姚骏恩任组长和课题负责人。他参考了国外有关文献和当时世界上最先进的德国西门子公司Elmiskop型电子显微镜产品样本,很快就完成了电子显微镜电子光学系统和电磁透镜的设计,并提出了对机械、电子线路等要求。1959年9月末,经过10个月的夜以继日的工作,姚骏恩率领研究小组终于研制成功我国第一台自行设计的XD-100型电子显微镜。

之后,这项成果被列为了中国仪器仪表行业从仿制到自行设计制造的一个标志和“中华人民共和国四十年重大科学技术成就”之一,并收入《自然科学大事年表》。当年10月1日,这台10万倍电子显微镜作为一项重大科技成果,在北京展览馆中央大厅按时展出,它的巨大模型列在中国科学院游行队伍最前面,接受了检阅。

1964年,姚骏恩在XD-100的基础上,又设计研制DX-2型100kV电子显微镜,重点解决了电子显微镜的“心脏”——物镜极靴的研制和髙稳定度100kV髙压电源的问题,分辨本领达到当时的国际先进水平0.4/0.5nm。1965年,他在《科学仪器》杂志上发表了我国第一篇详细论述电镜设计制造的论文,对国内的电镜研制工作起到了先导作用。

到了20世纪70年代以后,姚骏恩的科研事业蒸蒸日上。1973~1975年负责指导完成我国第一台扫描电子显微镜研制;1987~1988年率先在国内提出并主持完成扫描隧道显微镜的研制和生产;1991~1993年提出并主持完成我国第一台超分辨光子扫描隧道显微镜,还主持研制了原子力显微镜。累累硕果也让姚骏恩荣获了很多荣誉,他荣获了国家科技进步奖二等奖及全国科学大会奖等11项国家和省部级科技奖,还获得了中国电子显微镜学会的“钱临照奖”和“桥本初次郎奖”。

1994年4月,姚骏恩在中国科学院北京科学仪器研制中心正式退休。

继续献力航天

进入新世纪,姚骏恩在事业上迎来了“第二春”。2001年,他当选中国工程院院士。同年,他参与研制生产的Nspm-6800型扫描探针显微镜获得了2001BCEIA金奖。2003年,他进入了北京航空航天大学,任教授、校学术委员会副主任,航空科学与技术国家实验室(筹)首席科学家和理学院物理研究所所长。姚骏恩说:“这实现了他54年前报考航空工程系为祖国航空事业服务的愿望。”对此,他倍加珍惜。

在北京航空航天大学期间,姚骏恩兢兢业业,只争朝夕,尽自己最大的力量做好工作:开拓学科方向、培养科研人员。在国家自然科学基金和科学技术部等支持下,他负责完成了“纳米分辨率活细胞扫描探针原位实时显微观测系统的研究”、“复杂系统与空间物质结构科技创新平台”的子平台——空间物质纳米级就位测试、“扫描电镜增配聚焦离子束纳米加工系统”、“场发射枪透射电子显微镜”等研制项目,并筹建了“微纳测控与低维物理教育部重点实验室”等相关实验室。

姚骏恩将这次工作机会比喻为“第四次创业”,第一次是中科院在长春光机所主持设计、研制10万倍大型电子显微镜;第二次是在中科院北京科学仪器厂研制我国第一台扫描电镜,第三次是在中科院北京电子显微镜开放实验室主持完成扫描隧道显微镜的研制和生产工作。他说:“这是我的第四次创业,我希望重振我国电子显微镜制造事业;发展空间纳米测控技术,在进行太空探测时,能用上中国自己研制的超显微分析仪器,把原子力显微镜等超显微镜放到空间,在月球、火星表面实现纳米量级的就位测量……”

除了坚守在科研、教学的第一线外,姚骏恩还积极为中国的电镜事业出谋献策。他曾与王大珩等院士向国家呈交了“建立我国自己的纳米测量仪器和纳米加工装备制造业”的“工程院院士建议,又于2006年初提出了“振兴我国的电子显微镜制造事业”的建议。在他的积极推动下,“场发射枪透射电子显微镜的研制”被列为了“十一五”国家科技支撑计划的重大课题。

如今,我国电子显微镜研制事业已经取得了质的飞跃,相关技术被广泛应用于医学、生物学、地质学、考古学等多个领域。而这些成就的取得,离不开姚骏恩等老一辈科学家的无私付出,正是他们的一腔热血,才让我国很多领域从寸步难行变成不断前行!

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