【科學大院】12人、7間房、50臺機器,他們竟締造了“潤滑”傳奇 | 科學人

       1953年,新中國開始布局第一個五年計劃,確立了“優先發展重工業”的建設方向。蘭州作為全國重點開展工業建設的八大城市之一,一舉拿下蘇聯援建的“156項工程”中的6個。從此,蘭州與共和國的工業命脈結緣。 

       1958年,在“支援大西北”的號召之下,為支持國家石化建設,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(1958年)及后來的固體潤滑與固體潤滑作用研究室(1962年)。這就是蘭州化學物理研究所固體潤滑國家重點實驗室的前身(下文簡稱“潤滑實驗室”),迄今已有六十余年的歷史。

       六十多年來,潤滑實驗室的科研工作者堅守奮斗、薪火繼傳、不斷探索,秉承“國家需求與學術追求相統一”的實驗室價值觀,發揚“前沿引領、務實合作、創新奉獻”的潤滑精神,譜寫了中國固體潤滑研究事業的宏偉篇章。

他們的努力讓《東方紅》得以響徹宇宙 

       1958年,100多位科研工作者從海濱城市大連西遷蘭州。

       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奉獻青春年華。在這批西遷來蘭的科學家中,就包括陳紹澧先生,潤滑實驗室的創始人之一,著名潤滑材料學專家,也是我國固體潤滑學科的開創者。

       陳紹澧原本是個地道的南方人,1925年出生于廣東東莞。1948年從燕京大學畢業后赴美留學,1950年在美國依阿華州大學化工系獲得理學碩士,隨后懷著“科學救國”的夢想,回到了祖國懷抱,投身于新中國的科學研究事業。陳紹澧一回國,就開展了潤滑油脂微結構、膠體穩定性和化學性能的研究,提出了許多新概念、新觀點。1957年陳紹澧出版的《潤滑脂》一書,是我國第一部與潤滑脂相關的專業著作,1962年,他又開創了中國摩擦學的新學科。

       和陳紹澧一同來到蘭州的還有一位年輕人,叫黨鴻辛。

       比陳紹澧小4歲的黨鴻辛也是一個南方人,1929年出生于廣西省北流市隆盛鎮的一個鄉村醫生家庭。1949年,年僅20歲的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,被分配到中國科學院工業化學研究所(今中科院大連化學物理研究所)潤滑油室工作。從此,這個年輕人與中國的摩擦學結緣。

       在祖國的召喚下,陳紹澧、黨鴻辛等人積極開展研究工作。

       作為學科帶頭人,陳紹澧非常前瞻地向所里提出開展固體潤滑研究的建議,這為后來“兩彈一星”潤滑研究打下了堅實的基礎。陳紹澧親自動手搭建設備,創造研究條件。1962年,在陳紹澧的積極籌劃和組織下,第一次全國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、高等院校和廠礦企業等69個單位的167位科研和技術人員參加了這次大會。在摩擦學初創階段,陳紹澧先生組織的這次學術會議及出版的論文集,對宣傳和推動摩擦學在我國的發展起到了十分重要的作用。

       同一年,七機部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,也是實驗室接受的第一個固體潤滑研究任務。液氧遇還原性物質易爆炸,于是科學家們在實驗室科研大樓外的空地處搭建了臨時模擬條件下的固體潤滑試驗房。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。在這項任務完成以后,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,中國第一顆人造衛星“東方紅一號”的研發進入關鍵階段。

       然而,衛星天線的導電潤滑問題成為人造衛星天線系統的難題。如果不能解決,衛星天線伸縮機構在真空條件下就會粘連在一起,將直接影響衛星的正常工作。為了解決100℃至-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,他和團隊成員成功研制出一種新型固體潤滑膜,解決了衛星發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星“東方紅一號”成功發射,《東方紅》的旋律響徹宇宙。

       這是上世紀六七十年代實驗室聽從祖國召喚、科技報國的一個歷史性的標志事件,迄今仍在實驗室“光榮榜”的最前端。而在這一時期,除了陳紹澧和黨鴻辛,還有于永忠、付六喬、金道森、范煜等科學家,他們用開荒拓疆、敢為人先的精神,為共和國的科技事業貢獻青春智慧,成為新中國科學家中國夢的早期追夢者和實踐者。

歷經浩劫 共譜佳話 

       1997年冬季,蘭州化物所一間會議室里喜氣洋洋。

       這一天的蘭州,天空灰蒙,窗外光禿的樹椏在寒風中搖擺,空氣中的浮塵仿佛都清晰可見,這是西北冬季常有的景象。但在蘭州化物所的這間辦公室里卻洋溢著歡快熱烈的情緒。潤滑實驗室的黨鴻辛和薛群基在這一年分別當選中國科學院院士和中國工程院院士——這在蘭州化物所的歷史上是史無前例的佳話。

       1942年,薛群基出生于山東沂南。1965年山東大學化學系畢業后,考入蘭州化物所攻讀研究生,師從陳紹澧先生。1967年碩士畢業至今,一直在蘭州化物所工作,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者,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生數次變動。先是在1968年由國防科委接管,劃歸中國人民解放軍第十一研究院。后又交由中科院管理。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高精尖軍工項目:“實踐一號”“實踐二號”“尖兵一號”“兩彈一星”…… 

       然而,突如其來的“文革”,及其造成的十年浩劫,使實驗室的發展受到前所未有的沖擊和破壞。黨鴻辛在這個最困難的期間,領導實驗室的工作,并堅持了下來。

       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做出了杰出貢獻。潤滑實驗室也進入了快速發展的新時期。

       1987年8月,在中科院批準下,“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。

       薛群基回憶起實驗室起步的那些日子時說:“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。算上各種顯微鏡,我們一共只有50臺設備。”

       盡管條件艱苦,但薛群基很癡迷于自己的工作。在他的領導下,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、海洋環境用特種潤滑與防污降噪涂層等方面做出了大量研究成果,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于國際先進行列。

       薛群基本人也在這個過程中取得累累碩果。2009年,薛群基獲(中國)摩擦學最高成就獎。2011年,薛群基又榮獲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院士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。”

       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,無論是困難時期還是建設歲月,他們始終牢記使命,堅守本職,為潤滑實驗室打開了承前啟后的新畫卷。

      “需要什么,我們就做什么”

       2008年9月27日,“神舟七號”航天員出艙時的一個細節引人注目。

       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,值得宇航員冒這么大風險收回的“小方盒”到底是什么?

       其實,這個“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。而這個實驗項目的負責人,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研究員。

       劉維民1962年生于山東萊西,1984年畢業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,經國家科技部批準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,劉維民始終踐行著一名共產黨員的信仰與追求,為我國潤滑學科的發展做出了杰出貢獻,把論文寫在了祖國的大地上。

       在劉維民的推動下,潤滑實驗室繼續發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勢。組織建立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。

       此外,他還與實驗室同仁共同努力,研制出了“多品種小批量”4大類(固體潤滑、液體潤滑、復合潤滑材料、潤滑脂)數十種高性能潤滑材料。這些研究成果廣泛應用在深空、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。2004年,他參與完成的“航空用特種潤滑和密封材料技術”獲得國家技術發明獎二等獎;2006年,他主持完成的“先進潤滑材料制備與性能”獲得國家自然科學獎二等獎;2013年,他主持完成的“空間長壽命潤滑材料及技術”獲得國家技術發明二等獎;2015年,他參與完成的“工程材料表面潤濕與調控”獲得國家自然科學獎二等獎。2004年,他獲得中國青年科技獎;2008年,榮獲全國五一勞動獎章;2010年,獲得全國優秀科技工作者稱號;2017年獲得(中國)摩擦學最高成就獎。2013年,劉維民當選中國科學院院士;2016年,當選發展中國家科學院院士......

       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。以劉維民為代表的潤滑實驗室的科學家們,始終以滿足國家需要為己任,從航天軍事到深海遠洋,從裝備制造到民用科技,開創了潤滑實驗室軍民融合、上天入海、服務社會的新征程,并把潤滑實驗室的接力棒傳給了下一代。

在生活中尋找創新靈感

       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新獎青年創新獎”。這是繼薛群基院士、劉維民院士之后,蘭州化物所第3位獲此殊榮的科學家。一年前,周峰牽頭完成的“工程材料表面的潤濕及其調控”獲得2015年度國家自然科學獎二等獎。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。在年輕的科研工作者群體里,周峰一向以奇思妙想,善于從生活中尋找創新靈感而著稱。

       生活中的周峰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,還有什么其它作用嗎?為什么荷葉表面的水珠能自由滾動?為什么人體的關節靈活自如……

       有一次,周峰從喝茶中得到靈感,為什么喝茶后嘴里會覺得苦澀?深入研究之后,他發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,于是就產生所謂的“苦澀感”。

       這個“重大發現”會有什么價值呢?

       周峰他們利用這個原理發明了一種可以隨意抓魚的“捕魚神器”——在生活中,鯰魚、泥鰍等魚類由于表面黏滑不易抓取,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,讓手套擁有釋放單寧酸的涂層,戴上它抓魚,丹寧酸與魚體表面的蛋白發生作用,摩擦力迅速增大,魚體表面的潤滑層被破壞,所以,抓取魚類就變得很容易。這樣的一個設想當然不是捕魚神器那么簡單,一旦運用到水下黏附和密封方面,那就是真正的“重大發明”了。

       和老一輩的科學家一樣,周峰的科研工作始終以滿足國家需求為目標。他多次強調,“從實驗室創立之初,我們的前輩為了國家重大需求,扎根西部,求真務實。現在,我們的目標沒有變”。不過,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,在科學上,他提出了“濕滑”研究的科學概念,激發了人們對潤滑這一概念的重新認識,系統闡釋了潤濕和潤滑的關系規律,提出了多種界面摩擦調控的原理方法;提出利用超分子組裝發展新型自約束液體潤滑材料的新理念;在材料表面結構和化學改性方面開展了創新性系統研究,利用表面化學結構和組分的協同作用,研制發展了十多種具有防腐減阻、減阻防污功能的仿生涂層材料,研制了系列潤滑添加劑和生物潤滑材料;相關技術服務于多家企業,并且在國際上產生了重要影響。

       和前輩一樣,年輕的周峰早已榮譽滿身。在他辦公室里有一堵墻的文件柜,其中擺滿了各種獲獎證書和獎杯。然而在他眼里,這些榮譽都已成為過去。當他于2018年10月25日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推向一個新的高度。

       周峰說,想起科研,就像想起祖國、想起家鄉、想起愛人、想起孩子那樣,從來沒有想過要換一個來取代它,哪怕它有時不夠完美,有時不盡如人意。但是早已成為生命、生活的重要組成部分,不可分割,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總結,更是實驗室幾代科學家薪火繼傳的一條文化根脈。

       西遷蘭州、開創學科、三線建設、西部開發。

       兩彈一星、上天入海、謀福地方、服務國家。

       學科細化、突出應用、領秀國際、獨樹一幟。

       艱難磨礪、玉汝于成、國之重器、繼往開來。

       潤滑實驗室的六十余年是披荊斬棘的六十余年,也是潤物無聲的六十余年。

       實驗室用六十余年的風雨歷程踐行了——“面向世界科技前沿,面向國家重大需求,面向國民經濟主戰場,率先實現科學技術跨越發展,率先建成國家創新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設國際一流科研機構”的中科院辦院方針。

       實驗室用六十余年的風雨歷程完成了——國家對重點實驗室組織高水平基礎研究和應用基礎研究、聚集和培養優秀科學家、開展高層次學術交流的總體要求,實驗室在國家組織的重點實驗室評估中先后5次獲得優秀。

       六十余年里,實驗室的科技創新能力大幅提升,重大科技成果不斷涌現,創新隊伍建設持續優化,物質技術基礎顯著增強,國際合作日漸增多……

       六十余年的征程,幾代人的堅守與創新。未來的潤滑實驗室必將薪火相傳,不忘初心,在新時代里繼續建功立業,科技報國,續寫更加燦爛的輝煌篇章。

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