大学仪器使用的背后 走进西安交大微纳中心

    发布时间:2015-12-25 10:48:13
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      “中国科研是两头在外:仪器从国外买回来,成果发在国外期刊。”这是一些科学家对近些年中国科研工作的形象评说。特别是这些年高校大型科研采购呈现一片“红火”,拼仪器是拼引进人才的一个重要条件。

      然而,这些仪器的使用情况如何?使用效率又如何?

      如何有效推动大型科学仪器设备开放共享,在科技界也是反响热烈。

      近日,记者走进西安交大校园,来到原位电镜最多最好的西安交通大学微纳尺度材料行为研究中心(文中简称“西安交大微纳中心”),一探究竟。

      2009年,三位“千人计划”学者在西安交大材料学院院长孙军等的鼎力支持下,合力创建了微纳中心。他们是:美国约翰霍普金斯大学马恩教授,材料领域的国际顶尖学者;美国海思创纳米力学仪器制造公司应用研究中心主任单智伟博士,精通微纳米尺度材料原位研究技术;美国宾州大学、后加入麻省理工学院的李巨教授,世界计算材料学领域的佼佼者。这三位的互补组合也直接标注了西安交大微纳中心的国际学术高度。

      在“千人计划”项目及学校和学院的支持下,该中心先后购置了总价值近四千万的实验设备,包括世界唯一配有定量纳米力热耦合测试系统的300kV环境透射电镜(H-9500)、亚洲首台TI 950多场耦合纳米力学测试系统等,为前沿研究成果的产出提供了强有力的硬件保障。

      如何充分发挥这些设备的最大效用?该中心的一系列探索性尝试令人深思,可供借鉴。

      “设备就是给人用的”

      在美国高科技企业四年的工作经历使得中心主任单智伟对科研设备有着独特的理解:尽管价格不菲,但科研设备本身就是工具,要在有限的使用期内发挥最大价值,就要让它得到最充分的利用。

    博士生接受TEM2100F技术操作再培训

      西安交大微纳中心先从研究生的使用培训抓起。安全准入培训、理论知识培训、上机操作培训等,中心建立了一系列标准化培训流程,经过严格的考试后向用户开放初、中、高三种使用权限。初级者允许在上班时间使用设备,中级开放了周末和晚上自主使用的权限,获得高级证书就已经可以协助老师管理设备了。这也大大激发了一批动手能力强的学生的积极性。通过培训,20余名同学获得了多场耦合纳米力学测试系统的使用资格,而博士生朱建学在硕士阶段就已经取得了高级权限,目前负责协助设备主管老师做设备培训、日常维护运营等工作。

      有人问,学生都可以自主实验了,管设备的老师做什么?对于实验技术团队,微纳中心自有安排。突破一个人盯一台设备的传统,团队9个人分工明确,根据专业领域定期轮岗,每人熟悉掌握两台以上大型仪器设备,真正达到一个团队管理一群设备的战略目标。中心还要求:实验技术人员每年必须外出培训和参加学术会议,鼓励承担项目和发表技术创新类的文章。

      “要敢于诊断和维修”

      西安交大微纳中心大型设备工作日天均预约时长都在10小时以上,其中聚焦离子束更是达到了18小时之久。设备利用充分,故障率也随之上升。许多进口设备一旦出现问题,一般的解决方式就是等待厂商派人来维修,或是根据厂商建议直接拆除故障部分寄回原厂,既耗费经费,又浪费宝贵的科研时间,有时甚至需要等待两三个月的时间。

      为此,该中心专门设置了“设备诊断与维修”岗,年仅26岁的张朋诚工程师在短短一年时间,就和团队一起为中心节约了近50万元的维修费用。一次,聚焦离子束EBSD探头突然不工作了,厂商工程师也没能解决问题,报价12万且只能整个拆下来送到国外维修,来回需要三个月。在单智伟的鼓励下,张朋诚和同事一起小心翼翼地拆开设备,花了一下午时间,终于在最深处发现了一个断裂的直径3毫米的顶丝。他跑去电子市场花了1元钱买了5个回来,换上之后,细心地复原,调试结果完全正常。

    博士生朱建学在给设备做常规检查

      在老师的带动和指导下,博士生朱建学也多次参与设备诊断与维修工作。今年10月,他协助管理的多场耦合纳米力学测试系统发生高频滞后现象。经过仔细排查,朱建学确定是软件问题。原来,厂商升级软件修改了其中的参数配置而未告知。

      “那么贵重的设备,你们不怕拆坏了?”面对很多人的疑问,张朋诚回答说,中心从报修到诊断到拆解都有标准的流程,维修人员会和设备管理老师一起研究排查,并不是单兵作战,最后会提供严谨的故障鉴定报告以及高风险拆解备案,经过中心审议通过后方会拆解。“这个岗位对我来说,很有挑战性,也有成就感,是突破和创新的事情,我很喜欢。”他说。

      化繁为简的“易约”

      你知道“易约”吗?通过电脑或手机登陆,你就可以通过它轻松预约实验设备了。这套由西安交大微纳中心单智伟教授和范传伟工程师主导研发的信息化预约管理软件,大大提升了设备管理的信息化水平,大幅提升了设备的使用效率。

      刚来校时,单智伟就发现,很多实验室预约实验还是采取人工方式,实验记录也都是手动填写,信息不对称且效率低下。学生预约实验有时需要提前一个月,有时凌晨三点就要带着小马扎去排队。“我们是问题导向,出现问题就赶紧想办法解决”,单智伟认为,科研的本质就是要把复杂的东西做简单。为此,该中心技术团队专门设置了信息化岗,探索解决问题的途径。

      “刚开始我们的思路是去买,调研发现国内基本没有这样的软件,国外的软件与我们的需求又不相符。”承担这一任务的范传伟虽是材料专业毕业,却对互联网十分着迷。“能不能按照现实需求研发一套信息化预约管理软件?”就这样,按照需求定制的易约应时而生。

      对学生而言,易约透明、快捷、人性化,提前显示未来两周的预约权,更加方便大家合理规划时间。对于管理者而言,易约的魅力在于数据化和信息化,使用者的使用情况、设备利用率、设备预约趋势、设备故障情况等信息一目了然,为科研产出、甚至与厂商谈判等都积累了丰富的数据支撑。

      目前,易约的用户不只在西安交大,上海交大、浙江大学、第四军医大学等高校都已经开始使用。依托易约,微纳中心还发起筹建了国家电镜中心(西部),智能互联整合校内外电镜资源,探索“互联网+大型仪器设备”的创新型管理模式。

      科研与设备密切相关。六年来,西安交大微纳中心成果频出,10多篇文章登陆Nature、Nature Materials、Nature Communications、Nano Letters、PNAS等国际顶尖期刊。“设备只是工具,用设备的人才是关键。人尽其才,物尽其用,把问题研究透彻,成果自然水到渠成,”单智伟说。这是属于微纳中心的管理智慧。

      11月24日,记者获悉,在国家自然科学基金、国家973计划项目、国家外专局/教育部首批学科创新引智(111)计划项目以及国家青年千人计划项目的共同资助下,西安交大微纳尺度材料行为研究中心的博士生王晓光在导师单智伟的指导下,经过四年多的潜心研究,借助先进的原位透射电子显微镜技术,对氧化锌(ZnO)纳米线的力学和电学性能进行了系统研究,结果发现通过微调生长条件,并进而引入不同缺陷密度就可大幅调控微纳尺度ZnO的形貌与性能。这一重要研究成果近日在线发表在材料领域顶级期刊《纳米快报》上。该工作为缺陷敏感纳米器件性能的调控提供了一种新思路,尤其是对ZnO纳米线在压电器件和传感器等方面的应用提供了一种有效可行的性能调控方法,可以说对ZnO纳米线在纳米发电机等新型纳米器件中的应用具有重要的指导意义。

    文章出自:科学网


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