所有天平校准到的原型千克正在减重。国际社会正在努力重新定义测量质量的基本单位，并在未来根据自然常数重新定义千克。为此，阿伏伽德罗实验确定几乎完美的硅球中的原子数。弗劳恩霍夫研究所耳环最近成功地均匀地覆盖了球面——测量不确定度可以限制在10微克以下。
由于原型千克（千克重量的质量单位）变得越来越轻，原因不得而知。现在研究人员正在寻找储存在巴黎保险箱中的铂铱合金人工制品的替代品。基本计划是重新定义千克。在将来，一个物理常数将取代材料千克。
因此，德国国家计量研究所Physicalisch Technisch Bundesanstalt（PTB）的一组科学家正在进行同位素富集硅球的实验，这可以用作新的校准标准。因此，专家们必须确定阿伏伽德罗常数，它表示一摩尔中的原子数。“我们计算一个球体中的原子数，并使用数学方法获得每摩尔的原子数。简单地说，我们知道一个硅原子的重量，通过相反的结论可以确定一公斤需要多少硅原子，”布伦瑞克PTB的物理学家Ingo Busch博士解释道。“摩尔是原子质量标度和千克之间的中介。”
在PTB生产这些球体的过程中，二氧化硅（SiO 2）的自然氧化层2.)形成。这也会影响硅球的质量和体积。问题在于，原生层增长缓慢，而且在一定程度上是不均匀的。这使得测量氧化层和球体的实际重量非常困难。因此，需要一种替代的均匀涂层，以减少测量误差，并精确确定球体的体积和质量。
可供替代的硅2.图层将测量误差降至最低
邻近的弗劳恩霍夫表面工程和薄膜研究所（Fraunhofer Institute for Surface Engineering and Thin Films IST）的研究人员已经成功地在硅球上涂覆了这种SiO2.通过我们的方法，我们可以在表面涂上一层SiO2.具有精确定义的粗糙度和可调节的球体层厚度。此外，该层也是化学计量的，这意味着单个原子之间的比率或硅与氧之间的比率保持不变，”IST的科学家Tobias Grauman说。
对于涂层，IST的研究人员选择了原子层沉积（ALD）（见方框“原子层沉积ALD”）。这种方法的优点是：可以在球体上涂上一层厚度均匀的可重复的极薄氧化层。潜在杂质，如碳或氮，低于检测限。这些层的粗糙度保持在一纳米以下。“球体的粗糙度不会因涂层而显著增加。这是一个将测量误差保持在10微克以下的因素。即使是指纹也更重，”格劳曼说。时间因素也起着重要作用。通过应用SiO2.相比之下，自然氧化层的生长可能需要几个月的时间。
洁净室空气中的涂层
该研究所安装的ALD涂层设备是为该项目专门改装和准备的，因此所有涂层工作都可以在洁净室环境中进行。多年来的研究主要集中在硅球如何安装在反应堆上。由于球体必须覆盖整个区域，研究人员决定使用三点安装，以便被测物体在三点接触。Tobias Grauman说：“在这里，我们利用了ALD的机制：气体化学物质通常在球体和底座的三个接触面之间扩散，这三个接触面也在过程中被涂覆。”。
硅球的涂层已经完成，现在正在PTB进行测量。测量结果将于今年夏天公布，然后将在2018年秋季的称重和测量会议上公布。然后，最晚，新的硅球将取代原来的千克作为标准。在计量计量计量学会议上将对基洛的重新定义做出决定。
Fraunhofer Ist的研究人员和PTB的同事希望硅球将成为新的校准标准。Metrology Institutes和校准实验室将有机会获取球形的副本。PTB计划提供三种不同的价格和质量变形。
SiO2.Fraunhofer IST开发的产品不仅可以应用于球形系统，还可以应用于任何复杂结构的表面。应用领域多种多样，从半导体和电子领域的光学应用到光伏。
根据以下文件提交：M2M（机器对机器）
