高性能力传感器设备首次观测到氢键

　　水为何在常温下是液态，冰为何能浮在水上？这些随处可见的自然现象，人们可能早都习以为常。不过，对于这些现象的背后原因，已有科学家进行研究，并最终得出结论：这都是氢键的神奇魔力。　

　　水分子中的两个氢原子和一个氧原子由共价键连接，而水分子之间则是由一种极微弱的作用联系在一起，这就是氢键。氢键是自然界中最重要、存在最广泛的分子键相互作用的形式之一，对物质和生命有至关重要的影响，很多药物也是通过和生命体内的生物大分子发生氢键相互作用而发挥效力。　

　　自1936年诺贝尔化学奖得主鲍林在其著作《化学键的本质》中首次提出“氢键”这一概念后，科学界就存在争论：氢键仅仅是一种分子间弱的静电相互作用，还是存在有部分的电子云共享？

氢键

　　科学家一直在试图回答氢键是什么的问题，主要借助于X射线衍射、拉曼光谱、中子衍射等技术，这些研究方法获得的数据可以从不同的方面反映氢键的性质。然而氢键的庐山真面目究竟是怎样的？一直以来，在科学界，这都是一个未解之谜。　

　　之前，我国从德国花费数百万元购置的原子力显微镜是用于研究纳米世界的高精密仪器，却始终看不清氢键的模样。

　　于是，据科技日报报道，国家纳米科学中心研究员裘晓辉带领团队对进口设备的微力传感器加以技术改进，从设计和技术方面优化了核心部件——皮牛级力传感器的性能，提高了测量仪器电子信号的信噪比，最终获得远高于标准商品化仪器的测量精度。高性能力传感器就是整台显微镜设备的“眼睛”。裘晓辉指导的研究生创造性改进了制作工艺，可以将原子级尖锐的钨探针粘接到谐振频率稳定的石英音叉上。

　　在不懈地努力下，裘晓辉与国家纳米科学中心研究员程志海、中国人民大学教授季威的团队密切合作，在超高真空和低温条件下，通过原子力显微镜观测在铜单晶表面吸附组装的8-羟基喹啉分子，获得原子级分辨的分子化学骨架结构图像，并清晰观察到分子间存在的氢键作用，精确解析分子间氢键的构型，实现对氢键键角和键长的直接测量。

　　裘晓辉团队所获得的氢键图像，是世界上首次在实空间直接观测到分子间的氢键作用，为化学界争论近百年的“氢键的本质”问题提供了新的实验证据。科学界评价这是“一项开拓性的发现，真正令人惊叹的实验测量”，“是一项杰出而令人激动震撼的工作”。

　　裘晓辉表示，“看到”只是第一步，关于氢键的研究尚有很长的路要走。不仅是氢键，未来的研究还会拓展至其他重要化学键的研究，比如共价键、离子键等，以及进一步在原子、分子尺度上对不同化学键的强度进行测量等，未来的研究任重而道远！