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【甘肅日報】【走進中科院蘭州分院】固體潤滑國家隊:書寫中國“潤滑”傳奇
壯麗70年·奮斗新時代 慶祝新中國成立70周年 百名記者走基層
新甘肅·甘肅日報記者 秦娜 通訊員 汪寧寧 劉曉程
從“東方紅一號”衛(wèi)星到風云系列衛(wèi)星,從神舟系列飛船到天宮系列飛行器……我國航天事業(yè)的每一步發(fā)展都牽引著億萬國人的目光。而在每一次跨越的背后,都離不開一支科研國家隊的付出,它就是中國科學院蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室。
1958年,在“支援大西北”的號召下,原中國科學院石油研究所潤滑研究室由大連西遷蘭州,并組建中國科學院石油研究所蘭州分所潤滑劑研究室,以及后來的固體潤滑與固體潤滑作用研究室。這就是中科院蘭州化物所固體潤滑國家重點實驗室的前身。
60多年來,潤滑實驗室的科研工作者堅守奮斗、薪火相傳、不斷探索,秉承“國家需求與學術追求相統(tǒng)一”的實驗室價值觀,發(fā)揚“前沿引領、務實合作、創(chuàng)新奉獻”的潤滑精神,譜寫了中國固體潤滑研究事業(yè)的宏偉篇章。
一、 他們的努力讓《東方紅》響徹太空
1958年,100多位科研人員從海濱城市大連西遷絲路重鎮(zhèn)蘭州。
他們來到中科院蘭州分院,從此扎根金城,為國家建設和西部科教事業(yè)奉獻青春年華。在這批西遷來蘭的科學家中,就包括我國著名潤滑材料學專家陳紹澧先生。
陳紹澧1925年出生于廣東東莞,1948年從燕京大學畢業(yè)后赴美留學。1950年,在美國依阿華州大學化工系獲得理學碩士后,陳紹澧懷著“科學救國”的理想回到祖國,投身于新中國的科研事業(yè)。陳紹澧一回國,就開展?jié)櫥椭⒔Y構、膠體穩(wěn)定性和化學性能的研究,并提出許多新概念、新觀點。1957年,由陳紹澧撰寫的《潤滑脂》一書出版,成為我國第一部與潤滑脂相關的專著。1962年,他又開創(chuàng)了中國摩擦學這一新學科。
和陳紹澧一同來到蘭州的還有一位年輕人,叫黨鴻辛。
1949年,20歲的廣西青年黨鴻辛考上了廣西大學化學工程系,后因院系調整,被調入廣州華南工學院(今華南理工大學)。1953年9月,由于國家急需人才,黨鴻辛提前一年畢業(yè),被分配到位于大連的中國科學院工業(yè)化學研究所潤滑油室工作。從此,開啟了摩擦學科研之路。
一到蘭州,陳紹澧、黨鴻辛等人就全身心撲在科研工作上。
作為學科帶頭人,陳紹澧非常有前瞻性地向所里提出開展固體潤滑研究的建議。起步階段,異常艱辛,沒有科研設備,陳紹澧自己動手搭建;沒有科研條件,他想方設法創(chuàng)造條件。1962年,在陳紹澧的籌劃和組織下,全國第一次摩擦磨損與潤滑研究工作報告會在蘭州召開,來自全國科研院所、高校和廠礦企業(yè)的百余位科技人員參加了這次大會。在摩擦學初創(chuàng)階段,這次學術活動以及出版的論文集,對宣傳和推動摩擦學在我國的發(fā)展起到了關鍵作用。這些工作的開展,也為后來“兩彈一星”潤滑研究奠定了重要基礎。
同年,國家有關部委向中國科學院提出解決液氧條件下潤滑問題的任務。這正是陳紹澧、黨鴻辛等人夢寐以求的課題,也是實驗室接到的第一個固體潤滑研究任務。液氧遇還原性物質易爆炸,大家就在實驗室科研大樓外的空地上搭建了模擬條件下的臨時固體潤滑試驗房,開始全面的科研攻關。在陳紹澧、黨鴻辛的帶領下,液氧條件下的潤滑難題獲得重大突破。這項任務完成后,強酸介質條件下、超高真空條件下、超低溫條件下的潤滑等一系列與“兩彈一星”潤滑有關的科研任務接踵而至。
1967年,中國第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”的研發(fā)進入關鍵階段。
然而,衛(wèi)星天線的導電潤滑問題成為人造衛(wèi)星天線系統(tǒng)的難題。如果不能解決,衛(wèi)星天線伸縮機構在真空條件下就會粘連在一起,將直接影響衛(wèi)星的正常工作。為了解決100℃至零下100℃真空下超短波天線的導電潤滑難題,黨鴻辛帶領團隊到北京科學儀器廠邊研究邊改進。歷經艱辛,他們成功研制出一種新型固體潤滑膜,解決了衛(wèi)星發(fā)射信號傳遞的關鍵問題。
1970年4月24日,中國第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號”成功發(fā)射,《東方紅》的旋律響徹太空。
時至今日,每當親歷者回憶起當年的光榮時刻,仍令所有人激動不已。也就在那一時期,陳紹澧、黨鴻辛,以及于永忠、付六喬、金道森、范煜等科學家,用開荒拓疆、敢為人先的精神,為共和國的科技事業(yè)貢獻了青春和智慧。
二、 12個人,7間房,50臺設備,創(chuàng)造新輝煌
薛群基(左二)在實驗室指導工作(圖片由中科院蘭州化物所提供 均為資料圖)
1997年冬季的一天,蘭州化物所的一間會議室里喜氣洋洋。
那一年,潤滑實驗室的黨鴻辛和薛群基分別當選中國科學院院士和中國工程院院士,研究所專門召開會議向他們表示祝賀。同時有兩人當選院士,這在蘭州化物所的歷史上絕無僅有,直到今天仍被傳為佳話。
薛群基1942年出生于山東沂南,1965年從山東大學化學系畢業(yè)后,考入蘭州化物所攻讀研究生,師從陳紹澧先生,畢業(yè)后一直在蘭州化物所工作。他也是我國材料化學和摩擦化學領域的主要學術帶頭人之一。
作為實驗室的領導者和杰出代表,黨鴻辛和薛群基經歷了潤滑實驗室鮮為人知卻又波瀾壯闊的歷史。
上世紀60年代末,潤滑實驗室的隸屬關系發(fā)生數次變動。這一時期,面向國家“上天入海”的科研需求,黨鴻辛帶領實驗室成功研制了數十種性能各異的特種潤滑材料、潤滑脂、潤滑涂層等。潤滑實驗室參與了一系列在當時不被人知的重要項目。
然而,突如其來的“文革”,使實驗室的發(fā)展受到前所未有的沖擊和破壞。在那個最困難的時期,正是黨鴻辛領導實驗室人員,把各項科研工作堅持了下來。
1975年,歷經動蕩后的研究所恢復固體潤滑實驗室,黨鴻辛迎難而上,擔任實驗室主任。在他的領導下,固體潤滑學科建設和潤滑材料應用研究方面取得了一系列成績,尤其在薛群基、歐陽錦林、張緒壽、徐錦芬、黃春祥、趙家政等一大批科學家的堅守和探索下,實驗室為解決我國高技術領域重點型號建設中的特殊潤滑難題作出了突出貢獻,潤滑實驗室也由此進入快速發(fā)展的新時期。
1987年8月,經中科院批準,“固體潤滑開放研究實驗室”在蘭州正式成立,薛群基擔任實驗室主任。
“剛籌建的時候,實驗室只有12個人,申請到7間房子,每間房子只有20平方米左右,算上各種顯微鏡,我們一共只有50臺設備?!被貞浧饘嶒炇覄偲鸩降那樾危θ夯两駳v歷在目。
盡管條件艱苦,但大家充滿干勁。在薛群基的帶領下,實驗室在聚合物摩擦學、陶瓷摩擦與潤滑、納米材料和摩擦學、添加劑摩擦化學和新型潤滑材料的設計與制備等方面,都具有較高的學術水平,在促進空間潤滑材料、超低溫齒輪潤滑材料、海洋環(huán)境用特種潤滑與防污降噪涂層等方面取得了大量研究成果,為航天、航空等國家重點工程領域研制提供了20余種關鍵潤滑材料或潤滑技術,使我國在該領域的研究和應用躋身國際先進行列。
與此同時,薛群基的學術科研也獲得了認可。2009年,薛群基榮獲中國摩擦學最高成就獎。2011年,他又問鼎國際摩擦學領域最高獎“摩擦學金獎”,這是該獎項自1972年設立以來第一次授予中國科學家。英國機械工程學會在頒獎詞中對薛群基的成就給予了高度評價:“薛群基院士是40年來世界上最杰出和最具影響力的摩擦學家之一。他創(chuàng)建并領導了中國固體潤滑國家重點實驗室,這個實驗室現已成長為中國最大和最出色的摩擦學研究團隊之一,為中國的經濟建設,特別是在降低成本、能源消耗、摩擦和磨損,提高工業(yè)設備的可靠性以及在空間領域應用的出色研究等方面作出了突出貢獻?!?/p>
從黨鴻辛到薛群基,潤滑實驗室的科學家始終堅守共和國的科技陣地和科技事業(yè),無論是困難時期還是建設歲月,他們始終堅守科研一線,為潤滑實驗室描繪出承前啟后的嶄新畫卷。
三、 國家需要什么,我們就做什么
劉維民(右二)在實驗室指導工作
2008年9月27日,“神舟七號”航天員出艙時的一個細節(jié)引人注目。
航天員翟志剛進行出艙太空行走任務,在完全暴露的外太空環(huán)境下,進行了兩項任務:一是展開一面中國國旗,二是從飛船外收回一個“小方盒”。當時有很多人疑惑,那個“小方盒”到底是什么?
其實,那個“小方盒”是安裝在“神舟七號”載人飛船艙外的一個潤滑材料試驗裝置。這個裝置由一個樣品臺和一個底座組成。在樣品臺上布滿一組不同顏色的小格子,這些小格子里存放的就是開展“神舟飛船應用系統(tǒng)固體潤滑材料空間試驗”的樣品,主要用于開展低地球軌道環(huán)境,如原子氧、紫外輻射等對固體潤滑材料結構和性能影響以及失效破壞機制的研究,為未來長期留軌運行的航天器可靠工作,研發(fā)新一代高可靠性、長壽命空間固體潤滑材料與潤滑技術提供理論與技術支持。
這也是我國第一次開展固體潤滑材料的外太空暴露試驗。而這個試驗項目的負責人,就是薛群基的學生、時任固體潤滑國家重點實驗室主任的劉維民。
劉維民1962年生于山東萊西,1984年畢業(yè)于山東師范大學化學系,1990年在蘭州化物所獲得理學博士學位,之后進入固體潤滑開放研究實驗室,從事潤滑材料及摩擦化學等研究工作。2000年,潤滑實驗室獲批建設固體潤滑國家重點實驗室,劉維民成為潤滑實驗室進入“國家重點隊”的第一任負責人。
作為潤滑實驗室的掌門人,劉維民經常把一句話掛在嘴邊——“國家需要什么,我們就做什么”。從研究生到院士,從研究尼龍到研究航天潤滑劑,劉維民始終堅持把科技論文寫在祖國的大地上,推動我國潤滑學科向前發(fā)展。
在劉維民的帶領下,潤滑實驗室繼續(xù)發(fā)揮其在航天航空潤滑、材料磨損及合成潤滑材料、摩擦化學等方面的研究優(yōu)勢。同時組建了空間潤滑研究平臺,揭示了空間潤滑材料的作用機制,通過結構設計和組分調控發(fā)展出了多個系列空間潤滑材料,并直接應用于我國的航天工程。實驗室系統(tǒng)闡述了潤滑劑作用的摩擦化學和摩擦物理機理,設計出低摩擦、抗磨損、高承載的多個種類的合成潤滑油脂及添加劑,用于裝備制造工業(yè)。
此外,劉維民還與團隊共同努力,研制出了“多品種小批量”包括了固體潤滑、液體潤滑、復合潤滑材料、潤滑脂4大類共數十種高性能潤滑材料。這些研究成果廣泛應用于深空、深海、極地、航空航天等各個領域。
劉維民在這個過程中也收獲了個人的成長與進步。由他參與或主持完成的“航空用特種潤滑和密封材料技術”等4個項目先后獲得國家技術發(fā)明獎二等獎、國家自然科學二等獎。2013年,劉維民當選中國科學院院士,2016年又當選發(fā)展中國家科學院院士,2017年,劉維民獲得中國摩擦學最高成就獎……
如果說以陳紹澧、黨鴻辛、薛群基為代表的科學家建立了潤滑學科,并開啟了潤滑材料技術的轉化利用,那么以劉維民為代表的研究者則拓展了潤滑的學科領域和成果轉化。從航天到深海遠洋,從裝備制造到民用科技,他們以滿足國家需要為己任,開創(chuàng)了潤滑實驗室上天入海、服務社會的新征程。
四 把中國固體潤滑研究推向新高度
周峰(中)在實驗室與科研人員討論工作
2017年10月25日,北京釣魚臺國賓館。
蘭州化物所周峰研究員獲得“何梁何利科學與技術創(chuàng)新獎青年創(chuàng)新獎”,這是繼薛群基、劉維民之后,蘭州化物所第3位獲此殊榮的科學家。一年前,由周峰牽頭完成的“工程材料表面的潤濕及其調控”獲得2015年度國家自然科學二等獎。當時只有39歲的周峰成為該獎項最年輕的第一完成人。
周峰是山東鄆城人,2004年畢業(yè)于蘭州化物所并獲得博士學位。他在博士階段的導師正是劉維民院士。層出不窮的奇思妙想、總能從生活中找到創(chuàng)新靈感……周峰的科研“靈氣”在年輕人里是出了名的。
生活中,他經常會提出一些稀奇古怪的問題:包粽子的粽葉,除了芳香的味道,還有什么其他作用嗎?為什么荷葉表面的水珠能自由滾動?為什么人體的關節(jié)靈活自如……
有一次,周峰從喝茶中得到了靈感。為什么喝茶后嘴里會覺得苦澀?深入研究之后,他發(fā)現這是個有趣的潤滑問題:苦澀感并不是一種基本的味覺,而是因為舌頭唾液潤滑作用的消失。唾液中的粘蛋白與飲料中的多酚類化合物(例如單寧酸),由于氫鍵、親疏水相互作用發(fā)生反應,從唾液中沉淀出來,造成了舌頭表面的摩擦力增大,于是就產生了所謂的“苦澀感”。
這個“重大發(fā)現”有什么價值呢?利用這一原理,周峰和同事發(fā)明了一種“捕魚神器”。在生活中,鯰魚、泥鰍等魚類表面黏滑不易抓取,而魚類身體表面的濕滑物質實際上也是一種粘蛋白。通過合理的工程與材料學設計,他們讓手套擁有釋放單寧酸的涂層,戴上這種手套抓魚,丹寧酸與魚體表面的蛋白發(fā)生作用,摩擦力迅速增大,魚體表面的潤滑層被破壞,抓魚就變得很容易。當然,這種設想不光是發(fā)明捕魚神器那么簡單,一旦被運用到水下黏附和密封等領域,那就成了真正的“重大發(fā)明”。
和老一輩科學家一樣,周峰始終以滿足國家需求為科研目標。他常說:“從實驗室創(chuàng)立之初,我們的前輩為了國家重大需求,扎根西部,求真務實?,F在,我們的目標依然沒有變?!辈贿^,和前輩相比,他的研究在服務社會方面的作用更加明顯。
周峰長期從事軟物質界面與材料、減阻降噪、仿生潤滑、海洋防污等研究工作,在學術上,他提出了“濕滑”研究的科學概念,激發(fā)了人們對潤滑這一概念的重新認識,并系統(tǒng)闡釋了潤濕和潤滑的關系規(guī)律,提出了多種界面摩擦調控的原理方法,還提出了利用超分子組裝發(fā)展新型自約束液體潤滑材料的新理念。他在材料表面結構和化學改性方面開展了創(chuàng)新性系統(tǒng)研究,研發(fā)了十多種具有防腐減阻、減阻防污功能的仿生涂層材料,以及系列潤滑添加劑和生物潤滑材料。目前,周峰的相關技術已服務于多家企業(yè),并且在國際上產生了重要影響。
2018年10月,當周峰接到固體潤滑國家重點實驗室新一任主任的任命通知時,他深刻地認識到,接過前輩的接力棒,自己有責任把中國固體潤滑研究事業(yè)推向一個新的高度。
在周峰看來,提起科研,就如同想起祖國,想起家鄉(xiāng)、愛人、孩子那樣,早已成為生命、生活的一部分,不可分割,更無可替代。
這樣的科研情懷,恰恰是對潤滑實驗室科學精神的最好詮釋,更是實驗室?guī)状茖W家薪火相傳的科研文化。
回望來路,潤滑實驗室走過的歲月是披荊斬棘的60多年,也是潤物無聲的60多年。
60多年間,潤滑實驗室踐行著“建設國際一流科研機構”的中科院辦院方針,致力于高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科學家、開展高層次學術交流,在國家組織的重點實驗室評估中先后5次獲得“優(yōu)秀”。
60多年來,潤滑實驗室的科技創(chuàng)新能力大幅提升,重大科技成果不斷涌現,創(chuàng)新隊伍建設持續(xù)優(yōu)化,物質技術基礎顯著增強,國際合作日漸增多……
六十載風雨征程,幾代人堅守創(chuàng)新。未來,潤滑實驗室仍將在新時代建功立業(yè)、科技報國,繼續(xù)書寫中國“潤滑”的新奇跡。