没有。图 6：“剃须魔术师”接受切割 003 毫米的挑战。能透视铁的“白变”是什么？

发布于 2017 年 12 月 14 日
中川隆雄的采访和文字

30微米厚的岩石！ ？

如果把它比作一部侦探剧，那就是侦探和法医。

侦探在现场巡逻，法医人员在留下的物品中寻找证据痕迹。即使缺少其中任何一个，也无法确定罪魁祸首。据说，两人在科研领域也有类似的关系。该剧将法证官描绘成一位坚韧不拔、对工作充满绝对信心的工匠。那么，支撑实验室的工匠们都是些什么人呢？这一次，蓝背探险队决定拜访那些靠技艺支持研究的人们。

在产业技术综合研究所地质信息技术中心的走廊尽头，有一扇隐藏的锁着的门。远处一间狭长的小房间里，等待着中心地质标本馆的小和田彰和平林绘里。

先生小和田用低沉的声音和自信的微笑欢迎远征队的到来。身上有一股闹市区小工厂厂长的气息。平林小姐也是个轻浮的人，属于闹市区的大姐姐类型。他们两个似乎都是我迄今为止参观过的研究实验室中不常见的类型。

他们正在这个深处的房间里制作“薄片”。当大多数人听到“片状”这个词时，他们可能没有想到它。平林先生首先发言并进行解释。

“研究人员应该解释制作薄片的目的，但简而言之，它们是将岩石制成薄片，以便可以用显微镜观察。厚度约为 30 微米。”

尽管他们说厚度为 30 微米（003 毫米），但对我来说这并没有什么意义。据小和田介绍，它的厚度还不到我们每天随手翻阅的报纸的一半厚度。作为一个平时不注意报纸厚度、不翻阅报纸的人，我不太明白报纸的厚度还不到一半。

“现在拿起这个。这是一块薄薄的珊瑚化石，只有 30 微米厚。”

平林先生递给我的是一块似乎有点透明的石头，就像豆娘的翅膀一样。薄到用指尖都感觉不到！令我惊讶的是，当我试图把它交给另一个成员时，它断了。惊喜夹杂着遗憾，我忍不住“啊”了一声。声音。

“哎呀，我们该怎么办！？”

先生平林开玩笑地提高了声音。我对这种情况越来越着急，这就像一场预先安排好的小品。

他仿佛预料到了我的恐慌，接着说道：“如果不用粘合剂加固背面，轻轻放在烧杯上就会破裂。”他们正在处理如此精致的物品（照片1）。

铁是透明的！ ？

让我们回过头来解释一下薄片。

还记得当您上小学或初中时，当通过显微镜观察时，您将要放大的物体放在载玻片上。放大观察的物体统称为“样品”。

薄片也是如此。为了将其放置在载玻片上，将其切成比普通印章更小的碎片，并切成 30 微米的厚度（图 1）。问题不在于纸，而在于“削薄石头”。

``研究人员将``样本''带到这里来确定岩石中所含矿物的类型。他们将其细化至约30微米，以便使用偏光显微镜对其进行检查。然而，这是世界标准，日本人将其细化至25微米。一些研究人员要求厚度在28微米左右。此外，对于含有铁的岩石，厚度可能会增加到3至5微米，以使铁透明。基本规则是将目标岩石的成分与易于观察的厚度相匹配。

薄到铁都是透明的！ ？　剪那么大也不会断吗？ ——我忍不住问道。

“如果你毁了它，你将无法成为一名专业人士，”小和田笑着说。

带进来的岩石当然是石头的形式，而且大到足以用一只手握住。首先，将其切成适合载玻片的尺寸。这是通过使用一种称为岩石切割机的机器来完成的，该机器使用类似于切割原木的旋转齿来切割岩石。在这个阶段，它仍然有几毫米厚。接下来，将要粘附到载玻片上的样品表面在类似于高速旋转的记录盘的抛光机上抛光平坦。然后使用合成树脂将抛光表面粘合到载玻片上。然后，该玻璃载玻片再次穿过岩石切割机，以进一步切割石块。完成二次切割后，样品石厚度约为 130 微米（照片 2）。

从现在开始，您的指尖就开始发挥作用了。

将石头表面粘在载玻片上，然后将其削成薄而平坦的表面，厚度约为 30 微米（照片 3）。

眼见为实。小和田先生开始使用花岗岩样品进行工作。在我们的勘探团队面前，他们将从 130 微米的厚度中去除 100 微米并向我们展示。

“过去，人们常常告诉我在切片过程中在显微镜下看100次。但我告诉我的学生，‘不要看。’

说话时，小和田先生拿起一块载玻片，将其压在抛光机上（照片 4）。

抛光机高速旋转，同时发出沉闷的声音。一层薄薄的含水磨料流过旋转盘。

“这种灰绿色磨料是碳化硅，”小和田解释道，同时他的指尖从旋转盘的中心移动到外围。小和田先生指尖按住的载玻片在他的指尖下滑动，仿佛它是一个活物。手指毫不犹豫地移动，快速变换着手指的位置。

只用了不到几分钟的时间。

“这就完成了。实际上，最后一步是抛光玛瑙板（图5），但今天我要检查厚度，所以我会跳过这个，”他说，并将载玻片放在偏光显微镜上。

“您应该看到接近白色的略带黄色的颜色。如果您可以看到该颜色，则意味着它的厚度稍厚，为 30 微米。”

说完这句话，我推荐了显微镜。到目前为止，小和田先生还没有看过显微镜一次。他只需用手指感觉一下报纸的厚度就可以检查出来。哇，太棒了……！

美背后的理论

当我通过偏光显微镜观察时，我看到的颜色与小和田先生所说的一模一样。

这被称为“干涉色”，它利用了即使是相同的矿物也会根据薄片的厚度改变颜色的特性。

“啊，这是真的，”我说，眼睛无法离开显微镜，这时我听到旁边有一个声音。

“这就是大和田魔法”，平林笑着说道。

通常，岩石的厚度是通过将其与岩石中所含矿物质的干涉色样本进行比较来确定的。

不过，小和田先生从来不看偏光显微镜。无需检查样品即可精确匹配厚度 - 这就是大和田魔法的精髓。

但是你怎么知道微米的厚度呢？ ？

“嗯，我想这是指尖的感觉和磨料流动的方式。”

先生小和田越来越像一个小工厂的厂长。小工厂里有像小和田先生这样的工匠，他们只用指尖的感觉就可以像精密机器一样工作。唯一的区别在于是金属加工还是岩石抛光。

我敢问小和田先生。 --你用指尖能分辨出多少厚度差异？

“右手食指的灵敏度为5微米，左手食指的灵敏度为3微米左右。右手的灵敏度要低一些，因为日常生活中手指更多地用于其他事情。”

我明白了。这种感觉是无法用语言来表达的；它只能通过经验来掌握。

当小和田先生告诉他的学生“不要看显微镜”时，他的意思是通过感觉和视觉来判断厚度，并一次性确定厚度。

当我们想到手工艺时，我们倾向于认为手工艺需要时间和细心，而不是机器生产。但做薄片时，光“稳、仔细”做还不够。

“我告诉你要快速、小心，尽可能制造出最好的产品。当你在显微镜和抛光机之间来回走动时，载玻片很容易被划伤。此外，如果石头含有软粘土，它会吸收水分并在四处飘动时膨胀。”

永远是最好的。这就是大和田风格。显然日本大约有20名薄切片工程师，他无疑位居榜首。也许是世界上最好的。欧洲的机械化正在进步，像小和田这样的工匠数量正在减少。

“目前，平林和我是唯一能够在不看显微镜的情况下一下子做出决定的工程师。我想只有一个人跟随我们。事实上，全国各地的公司和大学都来这里学徒。”

先生小和田先生36年来一直致力于这条道路。另一方面，平林是一个拥有音乐博士学位的怪人。

“当我还是个孩子的时候，我看到了雪花，它们的美丽留在了我的心里。我在国外学习音乐，但当我回到日本时，我无法忘记片状的美丽，所以我敲开了这里的大门。也被称为‘片虎的巢穴’（笑）”（平林先生）

先生平林将音乐和薄片之间的共性描述为“美背后存在一种理论”。“打磨时，我们不仅使用指尖的感觉，还使用声音和气味。我们根据这些不同类型的信息来估计厚度。”

被认为不可能剥落的具有挑战性的矿物质

先生小和田和他的同事主要制作 AIST 研究人员收集的岩石薄片。

它的历史始于明治初期，当时地质调查就开始了。日本地质调查所是 AIST 的前身，成立于 1882 年。AIST 制作薄片已有 135 年历史。据说日本大约在140年前就开始制作薄片，所以这几乎是同样长的历史。

此后，技术不断改进，但大约五年前，小和田先生和他的同事创造了一种创新的薄片生产方法，引起了人们的关注。他创立了世界上第一个“干式抛光法”（图6）。

“在普通的‘湿式抛光方法’中，在制作薄片的过程中会使用水或油。根据样品的不同，它可能会膨胀或收缩。如果内部有粘土等柔软的东西，就不可能制作出精确的薄片。”

当我收到制作铁锰结壳薄片的请求时，我想到了干抛光法的想法。说到铁锰结壳，它是一种在日本列岛附近海底发现的矿物，因其稀有金属含量高而备受关注。由于它最初位于海底，因此潮湿时很容易被破坏。现在，我们应该做什么？

先生小和田夸口说：“没有什么是不能薄化的。”36年来，我们百分百响应了研究人员的各种要求。令我感到自豪的是，我总是说：“如果我做不到，我就会退出。”即使对于小和田先生来说，铁锰结壳也是一个“难敌”。

``我很担心。我怎样才能让它适当硬化？我已经好几个月没能睡好觉了。”小和田微笑着回忆道。他说，担心的时候是最好玩的时候。

当我思考这个问题时，我开发了一种“干法”，从粘合到抛光不使用任何水或油。几个月后，他利用干磨法成功地制作了伊缟石薄片，这种物质在发现后 50 年来一直被认为是不可能切片的。

伊毛缟石是1962年在火山灰土壤中发现的一种矿物，根据地区的不同，它以含水凝胶的形式存在。当我看到真实的东西时，我忍不住呻吟并想知道：“这是矿物质吗？”乍一看，它看起来像水下植物或海藻（照片7）。

“伊莫缟石是在火山灰中发现的一种天然纳米管。这种凝胶状物质一旦干燥，就再也不会恢复到原来的状态。以前，它是在制成可抛光状态之前用树脂加热和硬化的。但是，我们认为，“这不会形成精确的薄片。”（平林先生）

“简单来说，我们的方法首先将凝胶中的水转化为酒精，然后将其转化为树脂。我们多次重复这两个步骤。我们用可以硬化的树脂代替凝胶中的水（照片8）”（小和田先生）

90% 的工作涉及“直到您开始稀疏工作”

所有团队成员都对薄度印象深刻，但现在我们必须关注硬度和状况，这是其前提。

“你们都认为所有的石头都同样坚硬吗？然而，构成每块石头的矿物质的硬度和状况都不同。”（平林先生）

一些样品由硬度截然不同的矿物质组成，而另一些样品则在矿物质之间含有粘土，在水中浸泡时会碎裂。薄片必须光滑且薄。

然而，小和田先生表示，“实际上，在处理如此困难的样品时，90% 的工作不是细化过程本身，而是导致细化过程的过程。”例如，如果粘土中含有硫化物（而硫化物是温泉的来源），则粘合剂将不起作用，无法粘附到载玻片上。

即使我能把它刮得又薄又均匀，我还是不放心。这是因为，如果最后未安装盖玻片，内部会残留气泡。

“就在前几天，我制作了世界上第一张薄膜，有一个人在最后盖上盖子时在里面放了气泡当我让我的孩子尝试时，这是一个巨大的失败。这就是为什么这个房间的成员都注定要在一起，”小和田先生大笑道。

令人沮丧的是我做不到

当团队成员在小和田先生的带领下大笑时，又一个新样本出来了。

“看看这个，”平林先生建议道，在显微镜下可以看到一片白色半透明叶子的东西。从外向内画出一条淡淡的渐变线。它看起来像是身体内部的X射线照片（照片9）。

“这是米饭”

什么？米！ ？

“我不是在开玩笑。我收到了一项与农林水产省联合研究福岛辐射对水稻影响的细化水稻的请求。”

向我展示的下一个示例可以从其整体形状中立即辨认出来（照片 10）。

“牙齿，对吧？”

“正确。我的智齿（笑）。它是牙髓的薄片，是残留的组织。牙齿是由各种组织组成的，从硬到软，所以很难切成薄片。如果你在牙髓中加水或油，它会逐渐脱落，如果你使用强烈的化学物质或热量，它会消失。如果你使用干抛光，你可以看到里面的血管和神经细胞纸浆。”（平林先生）

我们还看到了其他生物，如宝石甲虫（图11）、用石片制成的蜻蜓模型（图12）、螳螂模型（图13）以及其他充分利用各种石片和技术的展品。

“我们每天都在开发技术，以便它可以用于任何类型的岩石或矿物。作为其中的一部分，我们也在尝试创造这样的生物。”

驱动力是什么？小和田先生淡淡地说。

“我做不到，因为这令人沮丧”

干抛光方法的开发也是可能的，因为他不想举起白旗说：“这不可能完成。”这些小工厂的手工努力正在推动日本的薄切片技术。

“一些研究人员给我们带来了极其困难的样品，并说：“请在三天内完成”，但他们说：“那是不可能的。”有些薄片可以在 30 分钟内完成，有些则需要 3 到 4 天。其中一些需要几个月的时间。当我看着它们时，我可以很容易地知道切片它们需要多长时间。我的使命是做出最好的作品。我不会按照研究人员告诉我的去做。”

这就是小和田先生的风格。

探险队通过偏光显微镜看到的薄片确实是邮票大小的艺术品。就像天然的彩色玻璃一样，它在光线下闪闪发光。另一方面，它对于研究人员来说当然是一个重要的样本，但它并不是通常出现在公众视野中的东西。制作薄片的人比研究​​人员更加挑剔。实验室的密室里，一个未知而炽热的世界正在展开。