我國首臺納米晶體結構快速解析儀器研制成功

1月14日，中國科學院廣州地球化學研究所（以下簡稱廣州地化所）舉辦新聞發布會宣布，該所研究團隊在納米晶體結構解析技術與儀器研制方面取得重大突破：成功攻克三維電子衍射技術測定微納米晶體樣品漂移難題，并研制出我國首臺國產納米晶體結構快速解析儀器。這標志著我國在高端科學儀器自主研發領域邁出關鍵一步。

“該自研國產儀器與國際上僅有的兩家國外公司最新產品基本同步，將大幅提升我國在材料科學、化學、地球與行星科學等基礎研究領域的原始創新能力。”廣州地化所研究員朱建喜對《中國科學報》表示，納米晶體結構快速解析儀器的問世，不僅填補了我國在納米晶體結構分析儀器領域的空白，更為解決國家在資源、材料、生命科學等領域的“卡脖子”問題提供了關鍵技術支撐。

亞微米至納米尺度晶體結構解析是深空深地探索、納米功能材料應用等領域的關鍵支撐。長期以來，傳統單晶X射線衍射技術難以突破納米尺度解析瓶頸，而國外同類儀器與軟件存在成本高昂、操作復雜、算法受限等壁壘。2018年，三維電子衍射（3DED）技術入選《科學》年度十大科技突破，標志著微納米尺度晶體結構解析技術誕生，晶體結構表征進入原子精度時代。

目前，全球僅有兩家企業推出商品化3DED儀器：日本電子公司與日本理學公司于2023年聯合發布XtaLAB Synergy-ED，歐洲Eldico公司于2024年推出Eldico ED-1。這些進口設備雖實現了軟硬件集成，但在實際應用中存在重大技術瓶頸——樣品在大角度連續傾轉時漂移嚴重（＞500nm），難以在大角度范圍內完整采集同一顆粒的數據。此外，國際廠商對核心算法嚴格封鎖，特殊應用場景定制成本高昂，嚴重制約了我國相關領域的科研進展。

面對這一技術壁壘，廣州地化所研究團隊堅持自主創新，基于國產場發射電子槍及高壓電源等核心部件，通過高精度控制技術和智能補償算法等核心技術突破，成功研制出首臺國產“納米晶體結構快速解析儀”。成果評價委員會認為，該項目成果整體達到國際先進水平。

據廣州地化所研究員鮮海洋介紹，該儀器成功攻克了三維電子衍射中樣品漂移校正的難題，將漂移量控制在200 nm以內，實現了低漂移條件下納米級樣品顆粒的高精度定位分析，確保了復雜基體樣品中納米晶體結構的精確解析。該儀器具備納米級晶體和礦物的物相與結構高通量快速測定能力，開發進度和技術水平與國際最新產品基本持平，部分參數略優，打破了國外技術壟斷。

目前，該技術已成功應用于“王焰鈀礦”“氧鉛燒綠石”兩種新礦物的結構解析，并獲得國際礦物學會的正式承認，批準其命名。利用該技術，研究團隊還證實了早期地球深部水可賦存于布里奇曼石晶格中，相關成果發表于《科學》。

朱建喜指出，該儀器搭載團隊自主開發的“連續傾轉三維電子衍射采集與處理系統”，實現了從硬件到軟件的全流程自主可控。該儀器研制成功，不僅能夠破解該類設備依賴進口所帶來的“卡脖子”風險，還具備廣泛的應用潛力，有望在地球與行星科學、物質科學、生物醫藥等領域獲得重要應用。