像大号黑珍珠似的单晶硅球静静地躺在隔振、恒温、洁净的国家固体密度基准实验室里。
　　通过创新长度极限测量方法，研究人员完成了对这颗大号“黑珍珠”密度的绝对测量，将我国固体密度基准从5×10-6提高至2×10-7。
　　这不仅结束了长期以来我国密度量值传递依赖纯水密度、无法有效实现国际接轨的历史；还实现了阿伏伽德罗常数（NA）测量重大技术突破，首次以“机械扫描”相移干涉法建立了硅球直径精密测量系统，填补了国际该领域空白。
　　为此，国际NA工作组主席Becker博士专程到访实验室，对该项目的技术创新给予高度评价：“这套基于新颖技术路线的硅球直径测量干涉仪对于支撑以硅球方案定义千克的下一步工作框架是非常重要的。基于独具特色的技术原理，该项工作实现了硅球直径不确定度的高可靠性评估，是一项杰出的科学成就。”
　　日前，这项由中国计量科学研究院罗志勇研究员领衔的国家重大基础研究专项——“测长方法创新及固体密度基准的建立”荣获国家科技进步奖二等奖。

　　———— 固体密度基准 ————
　　基于纯水的液体密度基准已不能满足科学研究和精密工业需求
　　记者（以下简称记）：为什么要建立固体密度基准？
　　罗志勇（以下简称罗）：我国基于纯水的液体国家密度基准最高准确度仅可达到5×10-6，已不能适应量值传递、科学研究和精密工业对密度测量的需要，国际上几次密度比对都因我国只有液体密度基准而未获得参比资格。建立以绝对测量为基础、具有超高准确度的固体密度基准迫在眉睫。

　　记：除了科学研究，我们日常生活中哪些方面要用到高精确度的固体密度？
　　罗：密度测量准确与否直接关系到容量、流量、粘度、放射等相关学科的测量精度与发展，密度量值在全国范围内量值的准确和统一，直接影响到国防、科研、工业、农业、交通运输、文教卫生、环境保护、国内外贸易和人民生活，可以说直接影响到整个国家的经济发展。
　　比如说石油化工行业大宗的油料贸易。国际上进行贸易时是按照体积交接的，而体积跟密度有直接关系。相同体积的石油，其燃烧值在不同的温度下是一样的。如果没有高精确度的密度基准，容易发生贸易摩擦。平常我们看到的加油站，油料密度要根据天气的变化做修正，否则冬天的话加油站会亏。如果大家仔细观察，与密度密切相关的领域还有很多。

　　研究固体密度基准为什么选择单晶硅球

　　记：为什么选择球体作为固体密度基准测量对象？
　　罗：大家都知道密度等于质量和体积之比。我们国家已经有了高精确度的质量基准，只要测准物体的体积就可以得到高精确度的密度值。之所以选择球体，是因为球体是一维的，相对于其他几何形状而言，不仅容易加工，而且容易测量，只要准确测出球体的半径，就能准确测出其体积。

　　记：为什么选择单晶硅球的密度作为密度基准？
　　罗：因为硅，也就是单晶硅材料是非常标准的晶格排列，可以数原子数。而且单晶硅材料稳定、坚硬、经久不变，具有极好的材质均匀性和物理化学性能稳定性，即使因为某种原因遭到碰损、打碎，其密度值也不会改变，仍可以进行量值传递。

　　固体密度基准是研究阿伏伽德罗常数的关键装置

　　记：固体密度基准和阿伏伽德罗常数有什么关系？
　　罗：固体密度基准是研究阿伏伽德罗常数的关键装置。阿伏加德罗常数是一个将微观世界与宏观世界关联起来的基本物理常数。准确测量阿伏加德罗常数对国际基本单位——千克和摩尔的重新定义起着举足轻重的作用。目前，国际上阿伏加德罗常数的测定主要是根据完整晶格单晶硅的摩尔体积和单个硅原子的体积之比，通过准确测量单晶硅球的密度，单晶硅摩尔质量和晶格常数来实现。20世纪70年代以来，以建立固体密度基准、测量阿伏伽德罗常数为目标的研究一直是国际计量前沿领域的研究热点。

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