用一流科技成果,诠释爱国为民家国情怀

聚焦2019年陕西新增两院院士

用一流科技成果,诠释爱国为民家国情怀

时间: 2019-12-05 16:20 |来源:
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2019年12月5日《陕西日报》科技专版

编者按

11月22日,中国科学院和中国工程院公布2019年院士增选名单,陕西6名科学家榜上有名。截至目前,在陕两院院士总数达到70名,其中中国科学院院士26名、中国工程院院士44名,数量位居全国前列。

两院院士是我国科学技术和工程技术方面的最高学术称号,是我国最顶尖的科学家代表。当选院士是国家对科学家学术成就的充分肯定,不仅是个人的荣誉,也是陕西省的骄傲。长期以来,他们在各自领域潜心钻研、艰辛探索,取得了突出的成绩,生动诠释了科技界爱国奉献、淡泊名利的优良传统,值得全社会学习。本报特刊登部分新增选两院院士的事迹,以飨读者。

赵国春:追问“大地脉动”

赵国春,现任香港大学地球科学系教授和西北大学长江讲座教授,从事前寒武纪地质、变质岩石学、大地构造学和超大陆重建领域研究。1998年以来发表学术论文300余篇,总他引3.3万余次;2004年获得国家自然基金海外杰出青年基金,2014—2019年连年选入Highly Cited Researchers;2014年获国家自然科学奖二等奖(第一获奖人),同年当选为美国地质学会(GSA)会士和“国际冈瓦纳研究会IAGR”主席,2016年获得29届Khwarizmi国际奖一等奖和香港大学杰出研究者奖,2017年受聘为教育部长江学者讲座教授,2018年获发展中国家世界科学院TWAS地球科学奖。

本报记者 张梅文/图

大约45.7亿年前,地球诞生,开始了漫长的演化进程。

大约5.42亿年前,地球进入显生宙时期,大量生物开始出现。

从地球诞生到进入显生宙的几十亿年,大地一片死寂,只有冰冷的岩石感受着大地的脉动。这一时期被称为前寒武纪,占据了整个地球历史的八分之七,是大陆地壳发展过程中最重要的地质历史时代,也是地球上生命开始形成和发展的初期阶段。

这一时期的地质研究对探索地球和地壳的形成过程及其演变规律具有重要的意义,吸引了无数科学家在此驻足。

赵国春就是其中一员。11月27日,记者在西北大学采访了他。

误打误撞进入地质殿堂

赵国春出生在辽宁省岫岩县的大山里。看星星是他儿时最沉迷的事情之一。那时,他还不曾想到,自己以后会和这些星星有什么关系。

7岁时,他走进校门成为一名小学生。两三个月过去了,他却总是弄不明白一些看起来最简单的问题。当老师告诉他“1+1=2”他就追着老师问为什么。终于学会了“1+1=2”,他又搞不明白为什么“1+2=3”,仍然追着老师问个不停……

老师开始抱怨他“占个座位,又听不懂”。甚至怀疑他智力有问题。这让年仅7岁的赵国春很受伤,干脆回家不再去上学。之后,他整日在大山里玩耍,探索大自然这个神奇的世界。

一晃几年过去了,等他再次踏进校门,已经10岁了。10岁上小学一年级,赵国春成了“孩子王”。“我10岁上学以后,跟七八岁的孩子完全不一样,而且明显比其他的小孩懂得多,学得快,在班里一直都是第一,老师们对我也特别照顾,这给了我很大的信心。”他说。

1981年,赵国春参加高考,分数出来后接到通知去学校报志愿。从家里到学校,要翻过几座大山。在路上,他遇到一位地质勘探队的老人,两人聊了起来。当得知赵国春去填报高考志愿,老人说:“你报地质,我们搞地质的工资要比其他行业高一个级别。还有,学地质在大学里能交上女朋友就交,交不上毕业时国家会给分配一个……”

山里的孩子对外边的世界知之甚少,对大学里的专业也没什么概念。于是,赵国春前三个志愿都填报了地质学:长春地质大学、武汉地质学院、东北工学院。直到接到录取通知书,赵国春都认为学地质就是找矿。

入学那天,听了这个故事,接他报到的学长,笑得腰都直不起来。连连对他说:“你被骗了!我就是被骗来的!”并且告诉他那个年代流行的一句顺口溜:“远看是要饭的,近看像个捡破烂的,一问才知是地质队的。”

“我听了心里一凉,当时就想回去复读。”不过,第一节普通地质学课之后,赵国春就深深爱上了这个专业,并且再也没有后悔。“陈琦老师用十分通俗生动的语言,告诉我们,什么是地质学,地质学都研究什么,还告诉我们,地质不仅仅是研究地球,还研究整个太阳系的固态星球……他的讲解,就像打开了一扇窗,我被里边的东西深深吸引住了。”

那位爱看星星的孩子,从此踏上了探索地质殿堂的路程。

国际前沿写上中国人的名字

在漫长的地质演化中,一块块岩石在温度、压力、应力等地球内力的作用下,或者重新结晶,或者改变纹理,或者改变颜色……由一种岩石变质形成另一种岩石。这样的岩石被称为变质岩。变质岩里存储着破解地球演化奥秘的密码。

随着学习的深入,赵国春对地球和宇宙的演化过程尤为感兴趣,选择了变质岩专业。我国华北古陆的冀东地区有着地球上最古老的岩石,是探索地球演化的天然实验室。从变质岩入手,赵国春开始了对华北古陆的探索。

经过几年大量的实地调查、研究分析、文献阅读,赵国春提出华北板块的基底是由东、西两个微陆块沿中部碰撞带拼合而成,完全颠覆了当时学界对华北古陆的认识,连他的导师都表示不能接受。

赵国春并没有放弃。1995年,赵国春念博士期间,澳大利亚一位名叫Simon Wilde的专家到学校访问。赵国春给他当翻译。“Simon Wilde发现了一块44亿年的矿石,这是地球上最古老的矿石。我们当时讨论华北古陆形成与演化谈得很投机,他伸出了橄榄枝,邀请我去澳洲深造。”

在澳洲,赵国春第一次接触到10亿年前形成的罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的概念。

20世纪60年代建立的板块构造理论,揭示了全球大板块尤其是大洋板块的形成模式,被认为是地球科学的革命。然而,板块构造理论却难以完全解释古老大陆构造问题。“古老大陆是否是在板块构造体制下形成的目前还存在争论,但板块构造一旦启动,就会导致大陆周期性地聚合与裂解,在地球演化到某一阶段,所有大陆板块聚在一起时就形成一个超大陆。超大陆的拼合、增生和裂解是研究大陆构造问题的国际热点。”赵国春介绍。

结合前期对华北古陆基底于19.5亿—18.5亿年期间聚合的认识,赵国春在大量研究分析的基础上率先提出全球大陆在21亿—18亿年期间相互拼合形成一个超大陆,对该超大陆的形成、增生和裂解进行了系统阐述,并提出了该超大陆的重建方案。

1999年,赵国春把这一研究成果写成一篇文章投到Earth-Science Reviews(《地球科学论评》)上发表。“当时有两个审稿人,一位非常认同我的论点,另一个却非常反对我的论点。幸运的是,当时杂志的主编让我主要参考同意我观点的评审人意见修改。”

然而,一年多过去了,文章始终没有发表。原来,那位持赞同意见的评审2000年7月去世了。辛辛苦苦的研究成果被束之高阁。2002年1月,北卡罗来纳大学John Rogers教授在创刊不久的Gondwana Research刊物上出版一期有关早—中元古代超大陆的专辑,提出了和赵国春相同的观点,并把该超大陆命名为Columbia。赵国春把那本专辑的文章一一复印下来,去找《地球科学论评》“理论”。终于,赵国春的文章被接受发表了,但主编要求赵国春放弃以Hudson命名这个超大陆,以避免同一个超大陆有两个名词引起歧义。“这样,我失去了对这个超大陆的命名权,十分遗憾。”

所幸的是,在2000年举行的第15届澳大利亚地质年会上,赵国春将该篇文章的摘要发表在会议摘要集中。“这篇会议摘要很珍贵,相当程度上证明了我是这个超大陆率先提出者之一。”

如今,该超大陆作为地球历史上最古老的超大陆之一,它的存在已被越来越多的地质和古地磁资料所证实,并成为国际地学界的一个研究热点。赵国春的研究使我国学者在国际超大陆研究领域占有重要一席之地。

愿为西部发展作贡献

2000年,赵国春回国到香港大学从事博士后研究,并留校任教。他从香港大学到西北大学,还有一段故事。

西北大学地质系积淀深厚,取得了一系列国际瞩目的原创性成果。在大陆构造领域,中国科学院院士、西北大学教授张国伟是响当当的专家。张国伟爱才、惜才也是出了名的。赵国春对他敬仰已久。

2009年,张国伟院士组织了一次登封的野外考察。赵国春主动联系到张院士,参与考察。几天的考察中,两人有了更深入的交流和了解。张国伟邀请他到西北大学共同研究,赵国春欣然接受。

如今,赵国春已经到西北大学整整10年。在他看来,张国伟是他来到西北大学的引路人,而真正让他留下来扎下根的是西北大学“干事的环境”,是跟这里的感情。

11月25日,刚刚当选院士的赵国春载誉回校。机场到达厅内,“热烈祝贺我校赵国春教授当选中国科学院院士”的横幅吸引了旅客们的目光,大家纷纷自发鼓掌。

“10年来,我见证了西北大学为了给科研人员营造良好环境而进行的大刀阔斧的改革,体会到干事的舒心,感受到这片土地上老百姓的热情。我要尽全力为西大做好工作,为西部发展作出贡献!”赵国春动情地说。

平祥:书写“超导传奇”

张平祥,教授级高级工程师,西北有色金属研究院院长。他是我国实用化超导材料学术带头人,在超导材料的应用基础研究、工程化和产业化方面,取得了一批国际领先的成果,发明多种核心制备技术,实现了我国超导材料及磁体产业化并跻身国际先进行列,填补了我国实用化超导材料的短板,解决了我国相关关键新材料“卡脖子”难题,有力支撑了国防装备和大科学装置的升级换代。他先后荣获国家技术发明奖二等奖2项、全国创新争先奖1项、省部级科技一等奖5项,为我国超导材料科技进步与产业化发展作出了突出贡献。

本报记者 张梅文/图

11月28日,在西部超导材料科技股份有限公司(简称西部超导)磁体制作车间,记者目睹了研究人员制作超导“磁体”的过程:长达万米、直径仅为头发丝十分之一细的超导线材被仔细缠绕成“磁笼”,强大的磁场就在这个“磁笼”中间产生。“磁体”制备工艺复杂,全世界只有为数不多的几家单位可以生产,西部超导就是其中之一。

30多年来,张平祥专注于超导领域。他带领团队,打破国外技术垄断,艰苦攻关,书写了一段超导材料及其应用的传奇。

“书生办厂”开启产业化之路

超导是20世纪最重大的科学发现之一,指的是某些材料在温度降低到某一临界温度电阻突然消失的现象,具备这种特性的材料被称为超导体。超导材料在电力能源、高端医疗设备、轨道交通、大科学工程、军工等领域有着广泛的应用前景。

20世纪80年代中后期,西方国家已经形成了成熟的超导材料产业链。我国的超导研究从二十世纪五六十年代开始,实验室取得的成果处于世界领先水平,却一直没能转化成产业。

1985年开始,张平祥师从我国“超导大师”周廉(超导材料领域首席科学家、中国工程院首批院士),在实验室取得了丰硕的成绩。1994年,张平祥出国深造。在国外工作生活的几年,他亲眼看见了国外超导产业的发展成果和我国实用化的差距。让我国自主研发的超导材料走出实验室,实现产业化,成为张平祥的梦想。

2003年,张平祥、冯勇、刘向宏3位同门师兄弟,抛下国外优厚的工作、生活条件,为了这个在别人看来特别“书生气”的梦想,在西安北郊的一片荒地上开始创业。

对于“书生办厂”的说法,师兄弟三人采取了“听之任之,再过几年且看之”的态度。3个人在实验室如鱼得水,可对于如何创办企业却都是新手,一个个困难结结实实地摆在了他们面前。

资金是他们遇到的第一个难题。因为之前国内从未有过超导材料产业化的尝试,大家都怀着不信任的态度,没有人投资。“最难的时候,账上只剩1万多块钱。”张平祥介绍,几个工地近千名工人,若不及时支付工程款,随时可能面临人去楼空的境况。

从实验室迈向产业化,一边是他人的怀疑和实实在在的难题,一边是对理想的坚持。接下来该怎么办?在生死存亡的危急时刻,他们动员员工集资拯救公司。一开始,大家都很犹豫。张平祥无比坚定地告诉大家:“现在农民种大棚菜都能活下去,如果我们干不下去了,这块地就种大棚菜吧!”

他的决心和坚持给了大家一剂强心针。团队七八个成员全部把房子抵押给银行贷款。短短一个星期,公司员工凑了1400万元。这笔钱解了燃眉之急,厂房得以顺利建设。2004年11月6日,西部超导一期项目正式投产,结束了中国超导产业为零的历史。

我国超导材料的产业化道路从此开启。

助力“人造太阳”

随着产业化的开始,他们又遇到了更严峻的问题。

这还得从创办西部超导的初衷说起。国际热核聚变实验堆计划(简称ITER计划)是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,旨在利用核聚变产生的能量永久地解决人类能源危机。ITER计划的核心装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克,俗称“人造太阳”。其中能够“约束”上亿摄氏度反应温度的关键,就在于使用超导线材制造聚变反应系统核心装置托克马克线圈。

2003年1月,我国正式参加国际ITER计划谈判。如果能参与到这个计划中,也就证明了我国具备超导材料产业化的能力,同时又能快速提升产业化水平。“我们回国办厂,也是冲着这个目标而来的!”张平祥介绍。

2004年,公司接到了第一批国际订单——生产一批铌钛棒材。铌钛棒材是制备ITER计划核心装置所需超导线材的基础材料。大家对此十分兴奋,希望可以为以后制备铌钛线材积累经验。但是,棒材生产出来以后,呈狼牙棒状,完全达不到工艺要求。

“原本是想为铌钛线材的生产积累经验,但是现在却连工艺相对简单的前期产品都无法保证,大家无比痛心。”张平祥说,这一事件在公司的发展中具有重要意义。它让大家更清楚地看到了实验室和产业化的差距,促使他们将实验室思维转化为产业思维。

意识到了问题所在,张平祥带领团队立即重新更改技术参数,制定与之相适应的工艺操作流程,最终生产出了合格的产品。之后,他们又一路攻关,解决了困扰超导线材工程化应用多年的技术瓶颈,成为全球首家成功攻克国际热核反应聚变堆用超导线材导体设计和长线加工技术难关的供应商。

2010年12月20日,中国国际核聚变能源计划执行中心代表国际ITER组织,与西部超导签署了总量约210吨的超导线供货合同。西部超导参与“人造太阳”计划的梦想终于实现,并成为该项目唯一国内供货商。

2011年,第一批铌钛线材样品下线。在ITER国际组织进行的对比测试中,鉴定委员会认为,其制备的高性能超导线材综合性能达到国际领先水平。在ITER计划的带动下,西部超导成为目前国内唯一的低温超导线材商业化生产企业,全球唯一的铌钛锭棒、超导线材、超导磁体的全流程生产企业,保障了国家急需关键材料的供应。

至此,我国实用超导产品技术水平和性能跻身世界一流。中国的超导产业后来居上,赶超了与西方国家30年的发展差距。

探索超导材料造福人类的新征程

张平祥带领团队努力拓展造福人类、为国家服务的深度与广度,推动超导材料在更多领域的新应用。

超导磁共振成像(MRI)是现代医疗影像诊断最重要的手段之一。它能够在不损害健康的前提下,快速获得患者身体内部结构的高精确度立体图像,帮助筛查、确诊早期重大疾病。但是,磁共振成像仪用超导线材的制备技术长期被欧美发达国家所垄断,导致进口仪器价格居高不下,难以在国内医院大量普及。

团队突破了超导核磁共振成像仪用超导线材制造核心技术,研发出国内首根具有完全自主知识产权的核磁共振成像仪用超导线材,并建成我国首条年产能400吨的核磁共振成像仪用超导线材生产线。截至目前,相关产品已为美国通用电气、德国西门子等全球主要医疗影像设备供应商供货,占到全球市场份额的30%。随着产业化水平不断提升,这一比例还将不断扩大。

该技术的研发和产业化,打破了长期以来我国超导线材依赖进口的状况,全面提升了我国超导材料制备技术的能力和水平,推动了我国超导材料科学及应用技术加速发展。“超导核磁共振成像仪用超导线的国产化,使核磁共振医疗设备的进口价格降低50%。我们的愿景是不断提升其产业化生产能力,让更多基层医院用上价格便宜、成像清楚的高端医疗设备!”张平祥说。

与此同时,团队突破了磁体制备技术,实现了大尺寸单晶硅用超导磁体产业化,并不断拓展超导磁体在重离子、质子加速器肿瘤治疗、舰船综合电力系统、污水处理等新领域的应用。

“超导材料是新材料产业的代表之一,在科学研究、能源、国防、交通等众多领域举足轻重,具有重要的战略意义。我们还将布局探索超导材料在磁悬浮列车、量子干涉、电力传输等领域的应用。”张平祥介绍。

2019年,西部超导首批登陆科创板。说起书写“超导传奇”的秘诀,张平祥始终认为是团队的力量。“作为国家‘三线建设’单位,西北有色金属研究院保持着勇担重任、不怕困难、艰苦创业、艰苦奋斗的拼搏精神。大家齐心协力,攻坚克难,是能干成大事的关键!”他说,“当选院士,感觉身上的担子更重了。我会带领团队,攻克更多难题,为国家社会的发展作出新的贡献!”

彭建兵:黄土高原灾害的“追凶”人

彭建兵,男,1953年4月生,湖北麻城市人,现任长安大学地质灾害防治研究院院长、教育部重点实验室主任、自然资源部科技创新团队负责人;国家973计划项目首席科学家、国家自然科学基金重大项目首席科学家;兼任地质灾害减灾国际联合会指导委员、中国地质学会工程地质专委会主任。他长期从事工程地质与灾害地质科研和教学工作,围绕“松散层大变形”这一重要科学问题开展研究,取得系统性创新成果。先后获陕西省师德楷模、全国模范教师、李四光地质科学奖和陕西省杰出人才等荣誉。作为我国工程地质和灾害地质学科主要学术带头人之一,他为推动我国工程地质学科发展和服务国家重大工程建设作出了重要贡献。2019年11月,彭建兵当选中国科学院院士。

本报记者 吕扬

“初知黄土高原是20世纪60年代读柳青的《创业史》,我第一次得知我们泱泱大国还有一片黄色的土地,后来慢慢知悉这里孕育了灿烂的华夏文明,有十三朝古都西安、有红色圣地延安……渐渐对这块土地有了向往和憧憬。”彭建兵回忆着。于是,大学毕业后,他就从江城武汉来到了古城西安,一待就是40年,和这片黄土地结下了不解之缘。

科学研究的美就在于从一大堆令人迷惑的细枝末节中概括出优雅的基本规律

在黄土高原上跑了几十年,和地质灾害打交道的彭建兵有着浪漫的情怀。他在介绍关于地质灾害研究的系列专著中,把做地质研究的人形容为游山玩水的“游客”、找出引起地质灾害“凶手”的“侦探”、预防控制灾害的“医生”。

彭建兵在《汾渭盆地地裂缝灾害》出版时,这样介绍说:“地质研究看似是一种游山玩水的职业,你永远不知道明天会发现什么,它的好处是会不断有新的发现。在多年的地裂缝研究之旅中,深深打动我的是与地裂缝相关的各种地质现象常表现出一种朴素的品质,当你深入细节时,它又是那么复杂而令人迷惑,有着使人难以抵挡、总想更深入地去探究的诱惑。”

1988年,彭建兵协助我国工程地质学奠基人之一的刘国昌教授做“西安市环境地质研究”和“渭河盆地活动断层及其对工程建筑的影响研究”两个项目,开始了长达30多年的黄土高原灾害研究。

自那以后一直到2001年,彭建兵一直关注、研究着西安和渭河盆地的地裂缝,一直盼望着有机会对汾渭地裂缝开展系统的科学研究。“2002年,我开始以汾渭盆地地裂缝为题,申请国家基金委的重点基金项目。那时候的重点项目领域既无工程地质也无地质灾害,我只好到大陆动力学领域去申请。可想而知,要得到大陆动力学领域的专家学者们的认可,其难度何其大也。”

彭建兵说,那几年,根据专家的反馈意见,他反复修改申报书,直到2005年,终于得到了专家们的认可,他申报的“汾渭盆地地裂缝成因与大陆动力学”重点基金项目历经4年终于获得了批准。

获得经费支持的彭建兵和他的团队得以甩开膀子、撸起袖子、撒开脚丫子,在汾渭大地上开展系统的科学研究,取得了一系列重大成果:通过持续12年的野外地质调查和240多幅不同尺度的地质填图,查明了汾渭盆地地裂缝的分布状况,揭示了地裂缝的区域分布规律,发现了地裂缝三向产出规律和运动规律、地裂缝的时间活动规律、生成规律和工程致灾规律,在上述工作基础上,辅以大型物理数值模拟和理论分析,研究提出了城市地裂缝综合防治技术体系,突破了地铁、高铁、高速公路和长输管线等生命线工程的地裂缝减灾难题。

这些系统工作使彭建兵团队对汾渭地裂缝的认识逐步上升到一个全新的境界,并慢慢形成了地裂缝成因与减灾的系统理论。

“我们研究地裂缝乐在其中,发现大自然的运行规律,保障汾渭这块沃土上的城市、工程和人民的安宁,这就是我们持之以恒的原因。”彭建兵说。

拿得出手的东西,都是50多岁以后做出的,以前的岁月都是踩着黄土积累、积累、再积累

2019年2月,彭建兵等人著的《黄土高原滑坡灾害》出版。为此,彭建兵在一篇文章中诗情画意地写下了这样的文字:“自然界非常小心地守卫着她的地质秘密,你不得不动用全部的智慧和借助大量的勘探手段把那些埋藏在地质体内部的秘密袒露在人们面前,以无可争辩的事实诠释其本质。为了揭露黄土边坡立体地质结构,我们像研究地裂缝一样,通过立体勘探,把一些典型黄土边坡翻了个‘底朝天’。”他这篇文章的题目是《黄土高原,灾害“追凶”三十年》。

黄土高原孕育了灿烂的华夏文明,除少数山石地貌外,一望无边的黄土是它最大的标志。面对千沟万壑的黄土,人们既为大自然的神奇力量而感叹,同时也困惑不已——是什么样的力量导致黄土滑坡频繁发生?如何才能有效地避免此类灾害?带着这样的疑问,长安大学的研究团队踏上了黄土滑坡“追凶”之旅。

30多年来,彭建兵和团队一直扎根在黄土高原上,先后承担了大量的黄土滑坡研究项目。2011年,他们第二个国家重点基金项目“人类活动的黄土滑坡响应机理与灾害预警”获批。彭建兵认为,这一年拉开了他们追寻黄土滑坡“真凶”的序幕。

“黄土高原如此生动鲜活,给了我们一个辽阔的精神世界和一个奇妙的地质世界,诱惑并驱使我们持续关注着这块浑厚、广漠和神奇的土地。我们年年行走在苍茫高原之上,去解读和破解黄土滑坡的地质密码,追踪着黄土滑坡的孕育、形成和演化的蛛丝马迹,寻找着黄土滑坡的‘元凶’‘主凶’‘帮凶’。”彭建兵说。

“追凶”是艰辛的,为揭开黄土滑坡的谜底,彭建兵团队几十年来辗转于黄土高原的陇西、陇东、陕北、吕梁和汾渭各地,实地调查了数百个黄土滑坡,取得了丰硕的成果,揭示了黄土堆积层变形滑移动力学机制,创新了黄土滑坡成因理论,提出区域构造应力、边坡构造应力和土体易灾特性是黄土滑坡的三大“元凶”、动水渗透应力是黄土滑坡的“主凶”、工程扰动应力是黄土滑坡的“帮凶”,这五种应力跨尺度耦合作用是驱动黄土滑坡的动力学机制。

彭建兵感叹:“这30年是我一生中最美好、最出成果的30年,但拿得出手的东西,却都是50多岁以后做出的,以前的岁月都是踩着黄土积累、积累、再积累。因为揭示复杂的地质灾害奥秘,绝对需要长久坚持才能把零碎的想法整合成完整的理论。”

灾害研究是降低人类安全风险、增加幸福感的事,更是国家经济工程建设安全保障之急需

彭建兵团队基于上述黄土滑坡成因理论和初始条件可知、随机过程可测的思路,以甘肃黑方台和陕西泾阳南塬两个滑坡高发区为示范试验基地,构建了天—空—地一体化的黄土滑坡隐患早期识别技术体系,基于高分光学遥感的黄土滑坡隐患普查,将多种InSAR技术有机结合,在黑方台、泾阳南塬识别出数十处滑坡隐患。然后借助高精度无人机摄影测量的详查,圈定出高风险区段,为当地政府提供了滑坡高风险区域预测,进而研发了现场监测数据的自动采集、远程无线传输、实时分析处理的黄土滑坡实时监测预警系统,并数次提前数小时成功预警滑坡的发生,避免了重大人员伤亡,从而在黄土滑坡区域风险预测和临灾预警方面取得可喜突破。

“地质灾害过程充满了不确定因素,是难以预报和难以控制的,这也是它极富吸引力和挑战性的原因。”彭建兵说,黄土滑坡的治理与预报预警一样“劳神费力”,但关乎国家和人民的安危,我们责无旁贷。

针对延安市区不断遭受黄土滑坡灾害的侵扰这一难题,彭建兵团队基于前述成因理论,通过大型物理模拟试验,提出了黄土滑坡治理的微型桩设计原则以及合理的计算方法、锚索抗滑桩对黄土滑坡的抗力参数和设计方法、格构梁的设计标准及计算方法等,成功应用这些技术治理了延安宝塔山等多个滑坡,并形成了黄土滑坡防治工程示范。针对延安城区灾害高风险,建立了黄土山城滑坡风险防控体系,指导了延安及其他城镇的建设规划与防灾减灾。

“每次步入黄土高原都如同追逐一个神秘的梦境,脚下踩着的黄土仿佛有种神奇的魔力,与我们有着深深的内心呼应,每每让我们涌出一种莫名的激动。”彭建兵说,黄土高原上的一片片大塬、一条条土梁、一个个圆峁、一道道沟谷都是语言,都在诉说着黄土滑坡的故事,令人长久着迷。

黄土灾害“追凶”“防凶” 与“治凶” 之旅永无止境,目前彭建兵团队正在以国家自然科学基金重大项目为依托,聚焦黄土高原平山造城、治沟造地与固沟保塬等重大工程,攻关黄土重大工程灾变效应的基础科学问题,探寻黄土高原工程灾变防控科学模式和人地协调机制。他说,几年后,他和同事们将把黄土工程灾变的专著奉献给大家。

李贺军:C/C复合材料揭秘人

李贺军,男,汉族,1957年12月出生,河南确山人,现为西北工业大学学术委员会副主任,西北工业大学材料学院教授、博士生导师。2019年当选为中国工程院院士。李贺军长期从事碳/碳复合材料、抗氧化/烧蚀涂层、碳纤维增强纸基与金属基复合材料等研究工作,技术成果广泛应用在航空、航天、交通运输、工程机械等领域。他获授权发明专利155件,出版专著和教材3部。获国家自然科学奖二等奖1项,国家技术发明奖二等奖2项,国家级教学成果奖一等奖1项、二等奖1项。多年来,他培养了140余位研究生,其中30余人晋升为教授或研究员。

本报记者 吕扬 通讯员 吴秀青

2019年11月,西北工业大学材料学院教授、博士生导师李贺军当选中国工程院院士。本科、硕士、博士,李贺军学的都是锻压专业。1991年,他以优异的成绩获得哈工大工学博士学位。彼时,国内多家单位向他伸出了“橄榄枝”,这其中就包括西北工业大学杨峥教授负责的C/C复合材料课题组。是继续从事已获得成果的金属塑性成形技术研究,还是跨入另一个颇具挑战性的C/C复合材料新领域?一心想要做点新东西的李贺军,最终选择了后者,选择了一条艰辛的科研之路。也正是这个抉择,让李贺军与国家的国防事业紧紧联系在一起。

从一点也不懂到行业领军人物

C/C复合材料就是碳/碳复合材料,是以碳纤维为骨架来增强碳或石墨基体的复合材料。它问世于20世纪50年代末,是先进空天飞行器及其动力系统不可或缺的战略性材料,是发展高尖端武器装备所必需的超高温材料。

李贺军介绍说:“该领域关键技术一直被西方国家严密封锁,而国内这种材料的研究在20世纪90年代初尚处于起步阶段。”

来到西北工业大学材料科学与工程博士后流动站,李贺军发现,C/C复合材料与自己过去所学的锻压完全是两码事。“几乎是一点儿也不懂。”说起那段岁月,李贺军十分感慨。

心急如焚的他,一头扎进学校的图书馆,如饥似渴地“啃”着一本本艰涩的专业书,笔记写了厚厚一摞。

一段时间的潜心苦读和钻研,让李贺军深刻感受到C/C复合材料的神奇,也捕捉到相近学科的内在联系。不久,他别出心裁地提出将压力加工的方法用于C/C复合材料制备的思路,并申请到国防基金等项目,有力推动了当时处于发展初期的西工大C/C复合材料研究,也让他第一次体会到学科交叉的魅力。

1994年2月,李贺军由博士后流动站出站,破格晋升为西工大材料学院教授,成为C/C复合材料学科带头人。

“C/C复合材料高于400℃便开始氧化,严重制约了该材料在高温极端环境下的可靠应用。”李贺军说,涂层技术是国际公认的解决此难题的唯一途径,但C/C复合材料氧化敏感性高、热膨胀系数低、表面微结构复杂,传统涂层理论与方法已难于满足,超高温长寿命涂层理论创新与技术突破是该领域亟待解决的挑战性难题。

为突破C/C复合材料抗氧化涂层的防护温度及寿命,李贺军带领团队通宵达旦地攻关,废寝忘食地测试分析,坚持不懈地反复试验,最终在高性能C/C复合材料低成本制备与应用技术方面取得了一系列创新性成果。在“九五”末期,使C/C复合材料抗氧化涂层的使用温度从1400℃提高到1600℃,防护时间从30小时提高到400小时,实现了国内C/C复合材料抗氧化研究的一次飞跃。到“十二五”末,抗氧化涂层的防护水平已达到1600℃、900小时。

就是要拿出硬碰硬的东西

自从李贺军决定扎根西工大的那天起,他就暗下决心,一定要为中国武器装备技术水平的提升做一些扎扎实实的技术积累,拿出硬碰硬的东西来。

有件事一直烙在李贺军的心上。20世纪90年代中期,李贺军一边悉心培养研究生充实团队的力量,一边积极寻求国际合作培养研究生。当时,他给国外某高水平研究机构写了一封信,希望与该实验室联合培养博士生,但他收到了这样的回复:“这个方向,我们不与中国人合作。”

这种断然拒绝深深刺痛了李贺军,也让他彻底明白并痛下决心,必须走自己的路、走创新之路。

“如果不能创新就谈不上跨越,如果不能跨越发展就永远赶不上西方。敢啃硬骨头才能取得大突破,要想有所突破关键是理论上要有创新。创新意识永远是第一位的。”这也是李贺军对团队成员和他的学生常常强调的话。他希望每一个研究生都有自己的创新思路,都拥有不懈探索和追求卓越的精神,沉下心来扎扎实实做科研,真正格物致知、学以致用,让自己所做的科研能够解决国家亟待解决的问题。

“重视积累,注重传承,强调学科交叉,坚持理论创新”是李贺军团队一贯的遵循。

李贺军团队招生时就体现了典型的“跨学科”特点,所招的研究生普遍较“杂”,其本科阶段有学金属材料的、无机非金属材料的,也有学机械的、控制的、计算机的,还有学化工的。

团队每周都召开讨论会,这个例会已延续了20多年。讨论会上,常常是学生唱主角,作报告,汇报科研进展,或讲困惑难题。“大家所学的专业不同,互相交流才会碰撞出思想的火花。”李贺军说。

李贺军一边培养研究生,一边开展研究,并逐步组建自己的科研团队。他深刻分析我国C/C复合材料行业现状和发展方向,精准研判其在国民经济生产和国防建设中的重要作用,开始了项目选取、研究方案的设计、实施等工作,带领自己的研究生夜以继日致力于抗氧化C/C复合材料的研究与探索。

团队很快争取到了一个重要项目,但实验室连一台像样的设备都没有,科研起步之初拿到的科研经费也严重不足。李贺军要求大家把有限的经费都用在“刀刃”上。他们自己提出发明思路,自己画图、采购零部件,自己动手搭建起属于自己的第一台快速致密化设备。

就是在这样简陋的条件下,他们实实在在干出来的成绩,在课题的中期评估中,让检查组专家无不为之动容。检查组高度赞赏了李贺军及其团队的科研攻关精神,并将剩余的科研经费迅速拨付到位。同时,充分肯定了团队在C/C复合材料方面创新性、实效性、科学性、可操作性上的研究成果,给了李贺军及团队极大的鼓舞。

新目标 新超越

2016年,李贺军教授团队完成的“长寿命耐高温氧化/烧蚀涂层防护机理与应用基础”项目获得国家自然科学奖二等奖。该获奖项目面向国家重大战略需求,取得了具有重要科学意义和国际影响的创新性成果,成果已成功支撑了多型跨代高技术武器装备的定型与研制,解决了国家重大战略亟须的多项关键超高温材料应用难题。

该获奖课题经过了长达20多年的持续探索和艰苦攻关。“这个课题不是一个人能完成的,也不是我们得奖的5个人能完成的。”李贺军一再强调成果来自团队的智慧,“事实上,前前后后应该有几十名研究生参与了这项课题的研究,还有团队其他老师在不同阶段作出的贡献……”

因C/C复合材料这个方向国际高端人才相对稀少,团队建设靠引进人才十分困难。作为团队的带头人,李贺军深知,只有置身在一个学术氛围良好的群体中,年轻人才能在较短的时间内取得成果,这也是留住人才的根本。李贺军总是鼓励和支持团队的青年教师和学生出国深造、访学交流和参加国际会议,并尽可能创造条件帮助他们解除后顾之忧。

20多年来,李贺军团队在C/C复合材料领域作出了卓越贡献,不仅创造出一批一流的科研成果,也培养出一批一流的人才,仅在这个方向就培养了70余名博士、60余名硕士。

在主攻抗氧化碳/碳复合材料方向的基础上,李贺军团队又先后发展了纸基摩擦材料、纳米材料和液固挤压成形金属基复合材料3个研究方向。在工作中,李贺军团队承担或主持了50余项国家课题,系列成果被鉴定专家评为“总体处于国际先进水平,核心关键技术国际领先”,先后获授权发明专利110余项,获国家和省部级科技奖励14项,为国防与军队现代化建设作出重要贡献,创造了显著的社会效益和经济效益。

“置身于激烈的国际竞争中,只要不断有新的目标、有新的超越,国家战略亟须的下一代高尖端装备的材料难题就一定会被攻克。”面向未来,李贺军坚定地说,“尽管攻关任务艰巨,但国家需求就是我们的责任和使命,无论多难都要干下去。”

本版照片均为资料照片


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