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【科學大院】從“摩擦學金獎”到海洋“防護外衣”,他總走在材料科學最前沿

發(fā)表日期:2019-11-19來源:放大 縮小

  沒有摩擦力,我們就抓不牢、站不穩(wěn),甚至無法生存。然而如果沒有潤滑劑,世界同樣無法正常運轉。摩擦與潤滑,這對物理學中的矛盾,在中國科學院蘭州化學物理研究所(以下簡稱蘭州化物所)固體潤滑團隊的科學家們眼中,竟是和諧統(tǒng)一的整體?! ?/p>

  小到工業(yè)制造中的鍍膜鋼珠,大到飛船火箭上的潤滑部件,潤滑實驗室的研究成果應用在國家建設的方方面面。積跬步,積小流,潤滑實驗室一步一個腳印,在潤滑研究領域走到了國際前沿,實現(xiàn)了至千里,成江海的遠大目標。潤滑實驗室的研究成果凝聚著一代代科學家的心血,其中有一個人不得不提,他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的創(chuàng)建者薛群基院士。

  蘭州,是這個農(nóng)村少年的人生轉折坐標 

  1942年,薛群基生于山東沂南山區(qū)一個小村莊,就是這個在地圖上不仔細尋找都無法發(fā)現(xiàn)的地方,竟成長出了中國材料化學與摩擦化學領域的主要學術帶頭人。薛群基取得的成績,除了科技強國的時代背景助力之外,最重要的原因要歸結到個人的努力和專注。

  1960考入山東大學后,薛群基選擇了化學專業(yè),主修表面、界面和膠體化學,天資聰慧的薛群基總能在兩百多人的化學系名列前茅。學有余力的他經(jīng)常泡在圖書館,廣泛涉獵,大學期間他看了許多專業(yè)以外的書籍,以至于圖書館的大爺以為他是中文系的學生。這種廣泛閱讀,培養(yǎng)了他從現(xiàn)實生活出發(fā)觀察思考的習慣;造就了他廣博的知識和開闊的眼界;也形成了他交匯融通的研學思路。

  五年后,22歲的薛群基以優(yōu)異的成績從山東大學畢業(yè)。經(jīng)過一番思考,他決定了自己的人生方向,要繼續(xù)學業(yè)。薛群基想學習物理化學專業(yè)——“研究生選擇自己喜歡的專業(yè),老師在哪里學生就去哪里?!碑敃r,蘭州化物所是國內(nèi)物理化學領域最有實力的研究單位之一,他想到蘭州繼續(xù)學習,可家里人不知道蘭州在哪里,不同意薛群基的選擇。后來,父親一錘定音:“忠孝不能兩全,你就去蘭州吧。”就這樣,薛群基到了蘭州,那一天是1965年9月12日。

  “也沒想到蘭州是這樣子,不知道蘭州那么困難。我從濟南火車站坐上火車,兩天兩夜,一下火車,幾根歪歪斜斜的棍子撐起油毛氈,這就是站臺,當時有點傻眼,有點失落?!毖θ夯貞浱m州火車站與濟南“非常漂亮的”火車站形成了鮮明的對比,一時間他竟無所適從。在后來多次的采訪與回憶中,他始終清楚記得這一天,或許當時的薛群基已經(jīng)預感到,這一天會是他人生中的一個重要轉折坐標。

  但對知識的渴望與對未來的向往,讓他很快便拋卻失落,心無旁騖地投入學習。 

  到了蘭州以后,薛群基投師我國著名潤滑材料專家、中國潤滑學科開拓者陳紹澧先生門下。然而,后來的動蕩歲月,讓薛群基失去了尊敬的導師,面臨著學業(yè)荒廢的可能。他盡量使自己適應環(huán)境,努力在事業(yè)上潛心盡力,抓緊一切機會進行學習與實踐。艱難的歲月中,他逐漸熟悉了蘭州,熟悉了西北,熟悉了他將要一生從事的固體潤滑研究領域。

  1967年碩士畢業(yè)后,薛群基選擇留在蘭州化物所工作,從事特種潤滑材料和摩擦化學的研究。之后的20年里,他默默無聞地在基礎研究工作中積累著經(jīng)驗。這一時期由于歷史原因,本已發(fā)展勢頭很好的西北科技事業(yè),受到了前所未有的沖擊和破壞。潤滑實驗室的隸屬關系發(fā)生數(shù)次變動,即使在這種嚴酷環(huán)境中,薛群基也絲毫沒有放松自己的研究,他積累了大量的研究數(shù)據(jù)和科研經(jīng)驗。

  1978年十一屆三中全會以后,共和國的科學發(fā)展迎來了真正意義上的“春天”,經(jīng)歷了撥亂反正,科研工作重新走上健康發(fā)展軌道,進入了改革探索的時期。潤滑實驗室也在這一時期,逐漸從十年動亂中恢復科研。上世紀80年代初,薛群基作為訪問學者赴美國密歇根大學進修。

  1982年,作為我國第一批在美國學習的訪問學者,薛群基連續(xù)收到時任蘭州化物所所長申松昌先生的3封電報——“有重要任務,速速回國?!泵鎸ψ鎳賳荆瑳]有猶豫,甚至沒有惋惜幾個月后就要拿到的博士學位,薛群基即刻啟程返回蘭州。 

  也是這一年,在大洋彼岸的美國,里根成為了美國總統(tǒng),并提出了“星球大戰(zhàn)計劃”,薛群基和實驗室同事注意到航空、航天和戰(zhàn)略武器的重要性,應用目標應該主要集中在空間和國家安全的應用上,全球范圍內(nèi)面臨著新的技術革命的挑戰(zhàn)。他深知開展摩擦磨損的研究,不僅為國家高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供支撐,同時也關系到節(jié)約能源、節(jié)省材料、提高經(jīng)濟效益和社會效益等重大問題,對于國民經(jīng)濟建設具有特殊意義,摩擦磨損的研究領域里,有巨大的潛力可挖?;貒?,薛群基接受的第一個重要任務是中國科學院重點項目——新型潤滑油添加劑。“當時我國正處于部署制造業(yè)大國階段,要解決重載高速裝備在高溫高負荷下的潤滑難題?!?/p>

  同年,在黨鴻辛先生的支持下,薛群基和歐陽錦林、徐錦芬、張緒壽等專家一起,確立了潤滑學科以材料表面摩擦化學為基礎、以高技術應用為出口的學科定位。

  后來,薛群基的學生張俊彥撰文回憶——“老師敏銳地洞察并指出摩擦學和固體潤滑研究的趨勢是由傳統(tǒng)的宏觀力學、機械、材料研究發(fā)展到以摩擦化學和物理為代表的材料表面界面的微觀研究,并迅速地將實驗室的研究方向調(diào)整到固體潤滑材料微觀結構與表面界面特性和摩擦磨損性能相關性規(guī)律的研究,以國家重大戰(zhàn)略需求為導向,部署特種潤滑材料的應用研究?!?/p>

  科研目標上的戰(zhàn)略調(diào)整,為未來中國在該研究領域的發(fā)展指明了方向。接下來,薛群基開始為摩擦學學科尋求更長遠的發(fā)展,要申請重點實驗室!因此自1985年開始,薛群基提出并編寫了成立中國科學院固體潤滑開放研究實驗室的申請書送往北京。

  1987年8月13日,注定是中國摩擦學史上的一個重要時間點。

  經(jīng)中科院批準,“固體潤滑開放實驗室”在蘭州正式成立,致力于解決我國航天、航空等國家高技術領域的一系列關鍵潤滑材料與技術問題。 

  實驗室初建時期,是真正的白手起家,從零開始。“剛籌建的時候,實驗室只有12個人,申請到了7間房子,每間房子的面積只有19到20平方米。加上各種顯微鏡,我們一共有50臺設備?!毖θ夯貞浧饘嶒炇移鸩降哪切┤兆訒r說。當時,中科院每年撥發(fā)的科研經(jīng)費只有30萬元,且地方財政無力支持科研,經(jīng)費不足成了科研進展的攔路虎。

  生活條件艱苦,沒有任何娛樂活動,物質(zhì)資源的匱乏絲毫沒有影響實驗室成員的科研熱情。薛群基戲稱:“雖然物質(zhì)條件差了些,但也少了很多外界的干擾,這是在蘭州搞科研的好處之一,可以讓研究人員專注于自己的工作。” 

  篳路藍縷,玉汝于成。在艱苦的環(huán)境中,固體潤滑國家重點實驗室深耕在摩擦與潤滑領域,一步一步走到了世界前沿?!翱蒲芯拖翊皯艏?,一捅就破。不過,這可要花很多氣力才行?!睆男【褪且粋€好學生的薛群基,對科研感悟很深。他在總結自己的經(jīng)驗和教訓時認為科研要敢于標新立異,要有新想法,要多問“為什么”,不僅要得到實驗數(shù)據(jù),還要問為什么會得出這樣的數(shù)據(jù),最后還要能耐得住寂寞,踏踏實實搞科研,只有具備這些素質(zhì),才能做出成績。薛群基是這樣說的,也是這樣做的。面對這般言傳身教,他的學生張俊彥感慨:“多次在國際學術會議上應邀作報告時我都會說,我的研究工作啟迪于先生,受澤于先生。作為先生的學生,唯有努力,方能無愧?!?/p>

  摩擦學研究如何服務國家需求? 

  摩擦學是研究相互接觸、相對運動表面的科學技術,通常表達為摩擦、磨損和潤滑。自1967年至今的50多年中,薛群基一直從事的是特種潤滑材料和摩擦化學的研究,實際上這些研究十分貼近我們的日常生活,影響著我們的健康、環(huán)境保護、能源節(jié)約、材料節(jié)約等其它領域。

  1997年,薛群基當選中國工程院院士。 

  作為我國材料化學和特種潤滑材料領域主要學術帶頭人之一,薛群基創(chuàng)建并領導的固體潤滑國家重點實驗室,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,有著國際領先的學術水平。薛群基在國際上首次提出了TZP陶瓷的相變磨損模型,并率先采用納米技術制備了自潤滑陶瓷材料;首次將有機超薄膜用于解決空間器件的潤滑問題;制備并研究了有機基團修飾的納米微粒作為潤滑添加劑,證明這類材料從室溫到高溫具有連續(xù)潤滑作用,提出了納米微粒對磨損表面的自修復機制及“分子軸承模型”;研制發(fā)展了20多種航天、航空等高技術工業(yè)用潤滑材料,包括空間潤滑材料、超低溫潤滑材料、海洋環(huán)境用潤滑與防污降噪涂層、節(jié)能型潤滑添加劑和含稀土潤滑材料以及新型類金剛石碳基固體潤滑材料,使我國在該領域的研究和應用躋身國際先進行列。

  在50多年的科研工作中,取得了巨大的成功,他參與或主持了30余項國家重點課題,獲國家及省部級獎勵25項,發(fā)表研究論文500余篇,出版專著3部,授權國家發(fā)明專利60多件。

  薛群基經(jīng)常用這樣一句話提醒自己,“作為科技工作者,既要記住對科學前進的責任,也要記住對祖國的責任?!彼沁@樣說的,也是這樣做的。      

  2012年2月27日,薛群基院士迎來了人生中又一個沉甸甸的“首次”。

  北京英國駐華大使館內(nèi)高朋滿座,英國駐華大使塞巴斯蒂安·伍德勛爵代表國際摩擦學理事會將2011年度國際摩擦學領域最高獎“摩擦學金獎”授予了薛群基。這是該獎自1972年設立以來,首次授予中國科學家。英國機械工程協(xié)會在頒獎詞中對薛群基院士在世界摩擦學領域所做出的杰出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(xiàn)已成長為國際最大和最出色的摩擦學研究團隊之一,在摩擦化學基礎研究和為中國的經(jīng)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做出了突出貢獻。”

  薛群基多年來潛心深耕的特種潤滑材料及材料化學研究領域,先后研制成功了數(shù)十種具有顯著經(jīng)濟效益的新型潤滑材料。近年來,實驗室年度申報中國發(fā)明專利50件以上,近5年來專利技術在相關企業(yè)實施轉化創(chuàng)造的產(chǎn)值超過了40億元。 

  薛群基說:“摩擦學科學和技術的未來是十分光明的,很難想象一個沒有摩擦學研究、教育和應用的世界是什么樣子。國際摩擦學研究的成功將使我們這個星球變得更加綠色,更加可持續(xù)和諧發(fā)展。我相信,我們可以實現(xiàn)這個目標?!?/p>

  從仰望星空到涉足深海 

  在潛心研究技術的同時,薛群基還有一個信念,就是要讓科技傳承下去。因此他十分重視摩擦學創(chuàng)新團隊的建設和青年科技人才的培養(yǎng),不遺余力地獎掖后進,鼓勵青年科學家做出創(chuàng)新性研究?!疤m州化物所,一開始這個領域只有我一個博士生導師。漸漸地我的學生多了起來,到現(xiàn)在大概有80位博士在我這里畢業(yè)?!毖θ夯啻卧诓稍L中提到為祖國培養(yǎng)了這么多學生,這個成果比拿任何獎都重要,是他至高無上的榮譽。

  留住人才,齊心協(xié)力搞科研,這是薛群基最根本的信念。

  提起西部的人才問題,他說不光是“孔雀東南飛”,連“麻雀”也東南飛。為了留住人才,上世紀九十年代末,時任蘭州化物所所長的薛群基向中科院申請修建了一批房子,徹底解決了研究人員的住房問題,他說只有在滿足了基本的住房問題后,科研人員才會扎下根來專心學術。2002年,他把自己獲得的“何梁何利”獎金20萬元港幣全部捐出,設立“蘭化所青年創(chuàng)新獎勵基金”,薛群基不參加評選,也不以自己名字命名基金,至今獎金額度和匹配經(jīng)費已超過50萬元。 

  薛群基的這種激勵制度,對人才培養(yǎng)和穩(wěn)定起到了推動作用。他的眾多學生中,有后來成為中國科學院院士、發(fā)展中國家科學院院士、蘭州化物所所長、固體潤滑國家重點實驗室主任的劉維民,1998年在國內(nèi)個人發(fā)表論文數(shù)排名全國第三的田軍博士,國家杰出青年基金獲得者、蘭州化物所所長、黨委書記王齊華,副所長張俊彥研究員,以及承擔多項重要課題并獲得國家自然科學或技術發(fā)明獎的張招柱、胡麗天、翁立軍、孫嘉奕、王立平、閻興斌等研究員。

  薛群基說,材料科學很難靠個人取得成果,團隊精神很重要。一個好的團隊必須有一批優(yōu)秀的人才。因此,“老驥”雖然在科研上“跑得很快”,但是目光更多地放在培養(yǎng)“弟子們”身上。曾有記者問薛群基如何評價自己的團隊,他欣慰地說道:“在國家社會發(fā)展和科技進步中,我們這個團隊還是做了一定的貢獻”?!皩τ谀贻p人,我覺得老一代和中年一代的科學家和教授,應該支持他們、培養(yǎng)他們、幫助他們,盡快讓30多歲的年輕人脫穎而出。”

  老驥伏櫪,志在千里。 

  在摩擦與潤滑的世界里,薛群基院士鉆研的腳步一刻也不曾停歇。2011年起,薛群基院士到中國科學院寧波材料技術與工程研究所做兼職研究員,帶領團隊在海洋材料、防腐耐磨及功能薄膜與涂層、防污減阻材料等方面開展科研工作。在熱帶海洋環(huán)境中的基礎設施建設和開發(fā),面臨著嚴峻的腐蝕危機,使我國重大工程和裝備的可持續(xù)發(fā)展受到極大的影響。

  “尤其是在南海區(qū)域高溫高熱、高鹽分、高濕度,對海域工程設備腐蝕非常明顯,一般不進行腐蝕防護的鋼材在南海島礁大概只有六七個月的壽命?!毖θ夯缭缱隽司_的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。由寧波材料研究所海洋實驗室研制生產(chǎn)的石墨烯改性重防腐涂料,比傳統(tǒng)鍍鋅涂層防護壽命可以提高3倍。薛群基院士表示,石墨烯的二維六方結構使其具有優(yōu)越的物理阻隔性,甚至連惰性氣體氦原子也無法穿過,因而穿上石墨烯“防腐外衣”的“世界最高輸電鐵塔”,其關鍵技術指標耐鹽霧壽命將超過6000小時。目前該成果已通過中國腐蝕與防護學會鑒定,處于國際領先水平。

  從仰望星空到涉足深海,從潤滑材料到海洋防護材料,這個跨度不可謂不大。

  “從空間應用材料到海洋應用材料,這是一個很大的跨度,一方面是國家需求,另一方面我覺得這么多年國家對我的培養(yǎng)以及工作中的鍛煉,我應該有責任也有能力去開拓一個新的研究領域?!?/p>

  如今,已逾古稀之年的薛群基院士仍在不斷擴展自己的研究領域。與1982年6月的電召回國類似,面對國家需求,薛群基院士再次義無反顧地做出了選擇,他的研究領域從空間拓展到海洋,目前正帶領團隊在“先進薄膜和涂層材料”及“海洋材料與防護技術”等方面協(xié)力攻關。

  從“摩擦學金獎”到海洋“防護外衣”,薛群基院士及其團隊總是行走在材料科學的最前沿。但在他看來,團隊扎實的基礎研究以及與產(chǎn)業(yè)緊密合作才是最讓他欣慰的事情。

  2012年,薛群基院士70大壽時,他的同事、朋友、學生通過《五律·賀薛群基院士七十華誕》中表達了對這位中國摩擦學泰斗的真誠祝福:

  卓然鄒魯士,談笑鳳麟詞。

  睿智驪珠探,恒心歲月持。

  摘金群杰并,報國寸丹期。

  七秩身猶健,天宮繞夢思。

  滿腔熱情成就半世執(zhí)著,古稀之歲不移求索之心。

  50多年來,薛群基院士一直致力于科研成果和國家需求的結合,用半個世紀的探索和堅持完成著一個科學家對祖國的承諾。恒心歲月持,潤物細無聲。

  古稀之歲的薛群基,眼神還閃爍著青春的明與光。

 

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