1月14日，由中國科學院廣州地球化學研究所科研團隊自主研發的首臺國產納米晶體結構快速解析儀正式發布。該儀器具備對納米級晶體與礦物進行物相識別與結構測定的高通量快速分析能力，整體技術水平已與國際同類最新設備持平。
原子是構成物質世界的基本單元，其排列方式和相互作用決定了物質的性質。隨著人類對深空、深地等未知世界和納米功能材料等應用領域的探索，解析亞微米至納米尺度物質的晶體結構已成為科學認知與高新技術發展的重要需求。
“傳統單晶X射線衍射技術難以突破納米尺度晶體的解析瓶頸，而依賴國外儀器與軟件則伴隨著高昂成本、操作復雜與算法受限等多重壁壘，導致我國在深地資源研究等戰略領域長期受制于人。”團隊負責人、中國科學院廣州地球化學研究所研究員鮮海洋介紹。
5年前，鮮海洋牽頭團隊投入到納米晶體結構快速解析儀的研發中。他們先后實現場發射電子槍及高壓電源等核心部件的國產化，攻克高精度控制等核心技術，成功研制出首臺國產納米晶體結構快速解析儀。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。
樣品臺是測量納米級別樣品的關鍵設備。“采集數據過程中，樣品的漂移量范圍必須非常小，否則將嚴重影響到測量結果。而納米尺度的物體，極易產生漂移。我們經過反復的研究，不斷地試錯，最終做到把漂移量控制在200納米以內。”鮮海洋說。
相比于傳統X射線解析晶體至少需要半小時乃至幾天的時間，該解析儀采集數據時間僅需數秒至數十秒，也就是說在一分鐘內可采集到多個數據。
目前，該解析儀已成功應用于新礦物和深地礦物結構解析中。“利用該技術，團隊已成功解析‘王焰鈀礦’‘氧鉛燒綠石’兩種新礦物，并獲得國際礦物學會批準命名。此外，還證實了早期地球深部水可賦存于布里奇曼石晶格中，相關成果發表于國際學術期刊《科學》。”鮮海洋表示，基于對輕元素敏感樣品檢測的優勢，該解析儀在黏土礦物結構精修、隕石及深空探測微量樣品分析、納米功能材料高通量篩選，以及生物醫藥、結構化學等領域均展現出廣闊應用前景。
該解析儀的成功研制，標志著我國在納米晶體結構分析這一高端科學儀器領域實現了從長期依賴進口到自主可控的根本性跨越，將顯著增強我國在材料科學、化學、地球與行星科學等基礎研究領域的原始創新能力。
本研究獲得中國科學院基礎與交叉前沿科研先導專項（B類先導專項）的資助。
