10月23日，上海市科學技術獎再度揭曉。胸懷“國之大者”，堅持“四個面向”，一大批標志性成果競相涌現，為正處于關鍵躍升期的上海國際科技創(chuàng)新中心建設增添底色和亮度。

九三學社上海市委咨詢專家團成員、原副主委，中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所副總工程師李昕欣主持完成的項目“變溫諧振微懸臂梁的材料原位測量分析方法與科學儀器技術”榮獲2023年上海市技術發(fā)明獎一等獎。

讓我們一起走近這項優(yōu)秀創(chuàng)新成果！

項目名稱：變溫諧振微懸臂梁的材料原位測量分析方法與科學儀器技術

完成單位：中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所等

完成人：李昕欣 等

獎勵等級：技術發(fā)明一等獎

與物質相關的科學分析儀器中的一類為吸附與熱分析儀器，是用變溫實驗來表征分析材料或反應相關的表界面和體內結構理化性質，是新材料、新能源、催化反應和環(huán)境保護等“雙碳”戰(zhàn)略科技相關的每個實驗室必備的重要儀器。

該類科學儀器的高端產品技術長期以來被美、歐、日這些西方發(fā)達國家壟斷，不只價格昂貴，還可使我國在相關科研手段和工具的源頭上被“卡脖子”。并且，該類進口儀器目前已很難滿足當今尖端科技應用的需求，對精細特性經?！皽y不準甚至測不到”。原因是該類儀器測量分析核心部分釆用精密結構式的熱天平-加熱爐系統(tǒng)，在程序升溫過程中測量質量變化的最好分辨能力僅為1微克，樣品需求量為數十毫克，即使在較慢的升溫速度下，也很難測準甚至測不到很多理化特性參數值。而經過長期改進，沿著精密結構改進的路已達極限，需從零到一探尋原始創(chuàng)新技術來解決。

圖1 李昕欣領獎照片

在科技發(fā)展歷史上，芯片技術無數次對傳統(tǒng)技術進行了顛覆，包括智能手機等相機CIS芯片對感光膠片相機的顛覆等等。這一次，MEMS傳感芯片的研究者再一次實現了顛覆性創(chuàng)新。中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所的李昕欣教授團隊經過十幾年奮斗，首創(chuàng)出一種集成MEMS傳感測量芯片，將僅有數十納克的樣品上載于一種硅微懸臂梁上，在微米尺寸的懸臂梁上集成了程序升溫、微機械諧振驅動和頻率檢測元件，實現了在快速升溫中原位測量化學反應或表面吸附引起的微小質量變化，一次將分辨能力提高了6個數量級至優(yōu)于1皮克，首次達到了動態(tài)測量作用分子數的統(tǒng)計熱力學和動力學過程的水平。有了如此強大的超靈敏原位測量能力，就可以對該類儀器進行技術的根本性升級了。

圖2 超靈敏原位變溫測量微懸臂梁MEMS芯片技術

將傳感芯片的測量方法與物質理化特性理論和量化表征方程等有機結合，再配以儀器相關的軟硬件技術開發(fā)，最終在全球首次實現了芯片測量化的系列創(chuàng)新儀器。具體看，儀器的重大科技創(chuàng)新包括如下三個方面。