一、將現(xiàn)有儀器的非原位測量方法變革為原位測量，將全球當(dāng)前在用的非原位測量TPD儀換代為原位測量的in-situ TPD儀。TPD全稱為程序升溫脫附分析儀，是研究催化特性重要的科學(xué)儀器。當(dāng)前的進口儀器因為在樣品原位根本測不到升溫過程中痕量的脫附分子數(shù)量，不得已要外聯(lián)昂貴的質(zhì)譜檢測器在尾氣端進行非原位測量，造成經(jīng)?！皽y不準(zhǔn)和測不到”。特別是對脫附活化能這個催化活性最重要的參數(shù)，即使耗時多天反復(fù)多次升溫實驗后，也只能用描點作圖直線擬合法近似估算，而往往因為數(shù)據(jù)點分散造成測不到活化能。本發(fā)明首次實現(xiàn)了超高靈敏度原位測量，將TPD變革為樣品原位測量，終于使原來測不到的測到了，測不準(zhǔn)的測準(zhǔn)了。尤其是活化能的測量變革顛覆了儀器長期沿用的中外教科書經(jīng)典。僅用一次快速升溫，即可將測到的更詳盡實驗數(shù)據(jù)帶入經(jīng)典動力學(xué)方程精確解析求解出活化能，同時使分析時長從數(shù)天縮短至數(shù)小時。而原位測量活化能的新原理方法也即將寫入教科書，成為中國人書寫的全新科學(xué)經(jīng)典。

圖3 原位TPD儀對現(xiàn)有非原位TPD儀的科學(xué)和技術(shù)顛覆

圖4 全球首款界面熱力學(xué)和動力學(xué)參數(shù)同時測量的儀器方法

二、無中生有，發(fā)明了全球首款界面熱力學(xué)和動力學(xué)整套參數(shù)測量儀。物質(zhì)界表面與分子作用是先進材料的常見功能，需要對理化特性進行定量表征。但作為理化特性的熱力學(xué)和動力學(xué)兩大類參數(shù)，至今都無法同時測量，原因是在分子作用過程的非平衡態(tài)下，一直沒有一種可同時測量兩類參數(shù)的方法。本成果用懸臂梁變溫原位測量開創(chuàng)了可同時測量界面熱力學(xué)和動力學(xué)的方法，首創(chuàng)出界面熱力學(xué)/動力學(xué)整套參數(shù)測量儀ITKP，填補了該儀器的全球空白，并使我國在國際率先建立了該項國家標(biāo)準(zhǔn)。

三、使熱分析儀首次實現(xiàn)與顯微表征的原位同時聯(lián)用。該類儀器長期使用龐大笨重的加熱爐-熱天平裝置，根本無法將樣品同時置于顯微鏡頭下。而成果用原位變溫測量微懸臂梁首創(chuàng)出的微芯片式熱重分析儀TGA和熱重+量熱綜合熱分析儀TGA-DSC，可以放到顯微鏡下，對樣品同時進行顯微表征。目前已經(jīng)實現(xiàn)了多個世界首次：在顯微鏡下對單個微顆粒進行熱分析，熱分析與顯微拉曼光譜聯(lián)合分析及與紅外光譜聯(lián)合分析，熱分析與透射電鏡原位同步分析等。這對當(dāng)今新材料研發(fā)急需的原位工況（operando）分析意義重大，換代提升了熱分析的科學(xué)價值。

圖5 TGA將熱重儀換代為顯微表征先進儀器，提升了熱分析科學(xué)價值

再好的創(chuàng)新成果，也只有在落地應(yīng)用后才能產(chǎn)生技術(shù)顛覆性。在專利技術(shù)轉(zhuǎn)化和風(fēng)險投資支持下，于2000年底創(chuàng)建了廈門海恩邁科技有限公司（及其全資研發(fā)子公司上海邁振電子科技有限公司），李昕欣為公司起名“海恩邁”，借用了英文High-end MEMS的諧音，這也是為MEMS傳感器技術(shù)在全球首次開拓出該高端儀器的嶄新應(yīng)用方向。短短三年，至今已經(jīng)銷售儀器整機數(shù)十臺和測量模組2萬套，除了在包括多個院士團隊在內(nèi)的我國重要科研平臺上推廣應(yīng)用外，國產(chǎn)高端科學(xué)儀器還罕見地反向出口至發(fā)達國家著名科學(xué)機構(gòu)，如比利時魯汶大學(xué)和新加坡國立大學(xué)等，儀器以全球領(lǐng)先的技術(shù)水平為眾多用戶產(chǎn)出重要研究成果起到了關(guān)鍵的作用，獲得了國內(nèi)外儀器用戶科學(xué)家的高度評價。

圖6 基于一個芯片發(fā)明的系列高端科學(xué)儀器已實現(xiàn)產(chǎn)品化應(yīng)用推廣

一個小小的芯片，改變了這類科學(xué)儀器的命運。不只是多臺吸附分析和熱分析儀器各自技術(shù)升級換代了，更有顛覆性意味的是，原來相互完全獨立的吸附分析儀和熱分析儀，由于如今使用的是同一顆核心芯片，因此兩種分析儀器功能現(xiàn)在可在一臺儀器中全部完成，根本性地改變了長期保持的分析儀器分類格局。

供稿：李昕欣