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

該成果為我國在相關(guān)方面爭得國際話語權(quán)

本報訊 （王秋艷 記者楊 蕾）近日，由中國計量科學(xué)研究院聯(lián)合清華大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)開展的“阿伏加德羅常數(shù)測量關(guān)鍵技術(shù)研究”課題通過專家驗(yàn)收。

該課題組經(jīng)過4年的研究，建立了一套固體密度基準(zhǔn)裝置，該裝置測量硅球直徑的準(zhǔn)確度(優(yōu)于0.9nm)達(dá)到國際先進(jìn)水平；通過構(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)量測量不確定度達(dá)到了8×10-8，是目前國際上最高測量水平。專家認(rèn)為，該項(xiàng)目研究成果為我國建立摩爾計量基準(zhǔn)奠定了重要基礎(chǔ)，為我國在基本物理常數(shù)研究方面爭得了國際話語權(quán)。

據(jù)介紹，阿伏加德羅常數(shù)是一個將微觀世界與宏觀世界關(guān)聯(lián)起來的基本物理常數(shù)。準(zhǔn)確測量阿伏加德羅常數(shù)對國際基本單位——千克和摩爾的重新定義起著舉足輕重的作用，同時對于在原子、分子和量子水平上研究和解決計量基標(biāo)準(zhǔn)問題十分關(guān)鍵。目前，國際上對阿伏加德羅常數(shù)的測定主要是根據(jù)完整晶格單晶硅的摩爾體積和單個硅原子的體積之比，通過準(zhǔn)確測量單晶硅球的密度，單晶硅摩爾質(zhì)量和晶格常數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

課題負(fù)責(zé)人、中國計量科學(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”硅球直徑精密測量，整套系統(tǒng)的測量重復(fù)性優(yōu)于0.5nm，直徑測量準(zhǔn)確度優(yōu)于0.9nm。設(shè)計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)溫度長期穩(wěn)定性優(yōu)于1mK。

在單晶硅摩爾質(zhì)量精密測量研究方面，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，無分餾，在分子水平上混合均勻，污染更少；并提出了準(zhǔn)確測量硅摩爾質(zhì)量的新判據(jù)。

課題組通過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)了國際阿伏加德羅常數(shù)工作組所采用的堿溶法制樣過程中存在分餾效應(yīng)，并且準(zhǔn)確測量了該分餾效應(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。

另據(jù)了解，目前，中國計量科學(xué)研究院開展的阿伏加德羅常數(shù)測量關(guān)鍵技術(shù)研究內(nèi)容已成為國際阿伏加德羅常數(shù)合作項(xiàng)目的重要部分。通過與國際組織合作研究阿伏加德羅常數(shù)測量技術(shù)，將帶動我國納米量級精密測量技術(shù)、物質(zhì)的量精密測量技術(shù)、體積和密度精密測量技術(shù)等大批尖端高新測量技術(shù)的發(fā)展；同時對于建立和完善我國以基本物理常數(shù)為基礎(chǔ)的計量單位制體系、增強(qiáng)科技競爭力、培養(yǎng)高水平的科研人才具有十分重要的意義?！吨袊|(zhì)量報》