热爱我中华
徐僖出生于江苏南京,父亲学徒出身,母亲是家庭妇女。徐僖继承了父亲奋发倔强的个性,自幼勤奋好学,成绩优异;又继承了母亲善良的美德,对劳动人民的苦难充满同情。11岁时,徐僖离家到上海,寄居姐姐家。姐夫张祖培曾是“五・卅”惨案时期圣约翰大学反帝斗争的一位学生领袖,满怀为民族争气的爱国主义精神和正义感,给予他很大的影响。13岁在上海租界一所中学念初中时,徐僖因目睹洋校长因为一点小事当众把一位中国学生家长打倒在地,年幼的心被震怒了,学习成绩优异的他愤然陪同那位受辱的同学跟洋校长说“Bye-bye”。随后,他转到了离家15里远、刚成立不久的光华大学附中学习。1937年,徐僖初中毕业,从上海回到南京,就读金陵大学附属中学。1937年12月,南京沦陷前3天,徐僖随父母逃难到四川,就读于内迁到四川万县的金陵大学附属中学。他虽然侥幸逃脱了南京大屠杀的浩劫,但外祖父家的亲人却无一幸免,在他心中留下了终身不能愈合的创伤,也从小坚定了振兴中华的决心。1938年夏,徐僖入读重庆南开中学,1940年毕业后考入当时内迁贵州遵义的浙江大学化工系。在四川和贵州两地,徐僖又切身感受到了内地人民遭到的饿腹之苦、冻馁之困。
1944年,徐僖获得了工学学士学位,同时考取本校研究生,在染料专家侯毓汾教授的指导下研究五子染料。1944年12月,日本侵略军攻进贵州,学校被迫停课,徐僖随侯教授到内迁四川永川县的唐山交通大学矿冶系担任化学基础课程助教。在日本帝国主义者侵华战争期间,徐僖颠沛流离、辗转东西,阅尽祖国山河破碎、民不聊生的惨景,使他把自己的未来和祖国的命运紧密地联系在一起。交通大学“饮水思源”、南开中学“允公允能”和浙江大学“求是”的校训,教育了他无私无我、苦干实干、追求真理、实事求是,立志要为祖国的富强鞠躬尽瘁。
抗战胜利后,徐僖回到上海。1947年初,中华教育基金董事会招考留美学生5名,其中化学专业1名。徐僖一举考中,于1947年9月到美国宾州李海大学(LehighUniversity)化工系攻读硕士学位。毕业后,他为丰富实践经验,放弃了继续攻读博士学位的机会,到美国柯达公司精细药品车间实习。
徐僖虽身在国外,但在他心中一直深深牵挂着灾难深重的祖国。1949年5月,中华人民共和国成立前夕,他与黄子卿、黄汲清教授等人同乘美国“威尔逊号”轮船回国。1949年冬,全国解放时,由宋庆龄主办的《中国建设》杂志曾向海内外报导了徐僖等回国的消息。在这块新兴的热土上,徐僖将用自己所学,为建设新中国奉献自己的力量。
情系五子
在遵义城郊附近的山上,到处长着一种多年生常绿灌木――盐肤木,在这种树上有一种虫瘿,叫五子。千百年来,我国劳动人民世代相传,用它制作染料。当时,在浙大任教的我国著名染料专家侯毓汾教授对五子的化学成分进行了分析,第一次弄清了五子的分子结构。侯教授的研究成果使当时身为浙大学生的徐僖大受启发。从五子的分子结构中,徐僖预感到可能有合成塑料的某种成分。
那时,我国在塑料的研制和生产上还是一片空白,市场上的塑料制品,全是清一色的外国货。徐僖决心以五子为原料,研制塑料,闯出一条有中国特色的塑料工业道路来。
中华人民共和国成立初期,西南工业基础十分薄弱,塑料制品奇缺,甚至连一般家用电器的插头、插座都很难买到。1951年春,徐僖提出申请开发五子塑料,不到一个月即得到西南军政委员会批准。在重庆市人民政府的支持下,徐僖在重庆大学化工系建立了一个规模较大的酸塑料研究小组,采用自己设计的设备和工艺流程,利用国产五子和一些农副产品为原料进行五子塑料中试研究,培养技术骨干。他和干部工人一起劳动,拉板车、抬机器、安装设备,无所不干。1952年初,中试成功,徐僖受命主持建厂工作。1953年5月3日,重庆酸塑料厂正式投产。这是由我国工程技术人员在西南地区自己设计、完全采用国产设备和国产原料的第一个塑料工厂。经过9年的艰苦努力,徐僖终于实现了他的宿愿,在被封锁禁运的时代,为中华民族争了气。
开拓新领域
交叉学科是科学前沿的生长点,材料科学研究应与发展高技术的需要密切结合。早在20世纪50年代后期徐僖即提出要重视力学与高分子化学两个学科交叉领域,研究高分子材料在应力作用下的化学反应,为高分子材料的加工成型和改性开拓新的途径。当时国外在这一边缘领域的研究亦处于探索阶段。1957年以后,徐僖在政治上多次遭受冲击,在工作中也遇到重重阻力,但丝毫没有动摇他为振兴中华而奋斗的决心。他始终倡导和坚持实事求是的作风,将全部精力投入高分子材料学科的建设和研究工作。徐僖在这方面开展的工作,受到美国著名力化学专家R.S.Porter和A.Casele的重视,在他们的专著《PolymerStressReactions》(AcademicPress,1979)中摘录转载了徐僖在20世纪60年代的全部研究成果。
“”中,徐僖曾被扣上“反动学术权威”的帽子,饱受折磨,右眼患病,得不到妥善治疗而失明,但他仍然没有动摇自己的信念。1970年,在他还没有获得重返实验大楼搞科研的权利时,重庆等地的一些军工单位就派人来请他前往共同解决一些重要技术问题。他十分珍视这些联系实际、为维护国防安全建设服务的机会,不辞辛劳,立即深入车间、实验室及现场,与技术人员、工人一起研究试制新产品,搞技术革新。这些单位在徐僖协助下,取得了多项重要成果,其中“高分子固体剂”和“金属冷挤压工艺的应用”于1978年获得全国科学大会奖。“枪弹底火壳无铬钝化新工艺”获得1981年国防科委重大成果奖和1983年国家发明奖。几年间,繁重的工作和各种压力进一步损害了徐僖的健康,他经常带病工作。1980年5月,徐僖因咯血不止,住院治疗,切除了左下肺。2个月后,他不顾医生劝阻,提前重返工作岗位。在科学的春天里,他更加意气风发,深入开展高分子成型理论、高分子力化学等方面的基础研究,在高分子降解和共聚、高分子氢键复合、高分子共混材料的形态和性能等领域做出了突出的贡献。
20世纪80年代初,徐僖和他指导的研究生等采用超声波和高速搅拌等手段制得了18种难以用一般化学方法合成、可用作不相容聚合物体系的增溶剂、油气田开采和勘探的化学剂、二次采油的表面活性剂以及金属冷加工剂等新型高分子材料。研究成果“超声辐射下聚合物的降解和接枝(嵌段)共聚”被公认达到了国际先进水平,获1987年国家自然科学奖二等奖。
此次获得2006年度国家技术发明奖二等奖的成果“固相力化学反应器及其在高分子材料制备和加工中的应用”,是徐僖院士借助固相力化学反应器研究应力对高分子材料的正效应,将力化学反应应用于高分子材料的加工、改性与制备以及为废弃高分子材料的回收利用等提供一项高效、经济、环境友好的新途径。徐僖及他所在科学研究群体,根据高分子力化学原理设计的固相力化学反应器具有独特的三维剪切结构,产生的挤压、剪切和环向应力对物料具有强大的剥离、粉碎、分散、混合以及化学反应多重功能,该反应器压力、转速可调,室温操作,可以有效粉碎一般设备难以粉碎的韧性高分子材料,粒度可达微、纳米级,突破了熔体共混加工的限制。
培育接班人
高分子材料是材料领域中的后起之秀,是尖端技术、国防建设和国民经济各个领域不可缺少的材料,人才培养迫在眉睫。早在1953年春,徐僖就接受了高教部下达的任务,负责筹建我国高等学校第一个塑料专业。他拼命地工作,在组织师资队伍的同时,亲自拟订教学大纲,编写教材,筹集仪器设备。当年夏季,即开始面向全国招生。徐僖率先主讲了主修课程“高分子化学原理”,于1960年正式出版《高分子化学原理》,印数高达2.4万册,这是我国高校工科第一本高分子专业教科书。
为了适应国家经济建设的需要,50年代后期徐僖又举办高分子材料进修班,与原苏联塑料专家阿费・尼古拉耶夫等人合作培养了来自兄弟高等学校的骨干教师和研究单位及大中型企业的工程技术人员数十人,推动了我国高分子材料和学科的发展。
1959年,徐僖开始招收研究生;1964年,他创办了我国高等学校第一个高分子研究所;1981年,他被评为我国首批博士导师;1987年,他率领的高分子材料学科点被评为国家重点学科点;1989年,他负责筹建高分子材料工程国家重点实验室;1991年建立高分子材料博士后流动站,成为我国高分子材料领域第一个四位一体的科研和高层次人才培养基地。多年来,徐僖为研究生开设了“聚合物结构和性能”、“高分子加工流变学”等课程。他随时用国内外本学科的新成就和自己的研究成果充实、更新教学内容。他拟定的研究生学位论文题目大多数是当代高分子材料学科中的热点,完成的论文一般都参加了国际学术交流,刊登在国内外有关学科的重要期刊上。徐僖院士胸怀宽阔,几十年来毫无保留地对学生和中青年教师传授他的科学思想和学术见解,不知疲倦地指导和帮助他们选择课题、争取项目、解决难点,引导他们占领学术制高点。
关键词中国新加坡材料学科对比
材料是人类赖以生存和发展的物质基础。20世纪70年代,人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。80年代,随着高技术群的兴起,又把新材料与信息技术、生物技术并列作为新技术革命的重要标志。现代社会,材料已成为国民经济建设、国防建设和人民生活的重要组成部分。材料科学与工程是国民经济发展的重要支撑,是航天、航空、信息、国防等高新技术进步的基础。该专业培养从事金属、无机非金属、高分子材料的制备与加工和电子封装技术领域的高级研究和工程技术人才。以材料学、化学、物理学为基础,系统学习材料科学与工程专业的基础理论和实验技能,并将其应用于材料的合成、制备、结构、性能、应用等方面研究的学科。国内外材料科学与工程专业的设置也存在很大差异。
一、新加坡材料科学与工程专业设置特点
材料科学与工程的专业设置一般分为宽口径和窄口径两种模式,新加坡南洋理工大学材料科学与工程专业的设置采取宽口径的模式,专业设置与学院的科研紧密挂钩,材料科学与工程学院只设置材料科学与工程一级专业,不在划分二级专业方向,学生在一二年级进行相应的公共课程学习后,学院根据老师的科研方向,设置不同的课程,课程涉及到聚合物材料与器件、能源材料去器件、电子材料与器件、纳米材料与器件等,学生可根据自己的兴趣选择相应的专业课程。
高校不仅要传授学生专业知识,更应该加强学生动手能力方面的能力培养,新加坡南洋理工大学为了提高学生的动手能力,学校设置不同的研究项目并给与相应的资金资助,让学生提前进入实验室,参与到教授的科研工作中,培养学生对科研的兴趣。
新加坡是一个以石油化工、船舶制造、电子电器、生物制药等产业为主的国家,相应的学科建设与本国的经济发展紧密结合。新加坡的材料学科专业设置与建设充分结合其经济的发展,为本国的经济发展输送了大量的专业能力扎实,动手能力强的现代化材料科学与工程方面的人才。
二、我国材料科学与工程专业设置特点
我国的材料学科最初沿袭苏联体制,专业划分很细,涉及材料的专业超过20个,如硅酸盐工程、无机非金属材料、建筑材料、电子材料及元器件、钢铁冶金、有色冶金、粉末冶金、金属材料及热处理等。1998年,教育部对本科专业目录进行调整,将上述20余个专业合并为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料化学等6个专业,同时在引导性专业目录中提出材料科学与工程专业。
“九五”期间,教育部面向21世纪教改计划“工科材料类专业人才培养方案及教学内容体系改革的研究与实践”项目的研究认为,以材料科学与工程一级学科为基础,按二级学科设置工科材料类专业的思路是完全符合中国的国情,切实可行的。不同的学校可根据不同的类型、不同的办学条件按一级学科、二级学科、三级学科设置不同专业并选择确定不同的培养模式。培养模式的选择和确定首先可根据各个学校的教学软件和硬件条件,或是按是否“211工程”重点大学或学科,划分研究型大学和技术型的大学,前者着重培养高层次的研究型人才,后者重点培养工艺工程师和高等职业技术人才。在同一所大学中,通过大二后的分流教育使一部分学生直接面向技术和应用型工作,一部分学生则为继续深造侧重基础科学研究的教育。
三、广西地方高校材料科学与工程专业设置的思考
地方院校是我国高等学校的重要组成部分,已经成为我国实施大众化高等教育的生力军并发挥着越来越重要的作用。正确认识学校所处的社会环境、在高等教育中的角色和自身条件,进行科学合理的学科定位,是地方本科院校健康、稳定和可持续发展的根本保证,也是地方本科院校当前必须迅速解决的重要问题。广西地处岭南有色金属带,铝、铟、锰、锌、锑、钨、铌、钽、重稀土、轻稀土等有色金属矿产具有明显优势,有色金属产业已成为广西国民经济重要的支柱产业。但2009年《有色金属产业调整和振兴规划》指出我国有色金属产业存在的深层次矛盾仍很突出,部分产品产能过剩,产业布局亟待调整,产业集约化程度低,资源保障程度不高,自主创新能力不强,再生利用水平较低,淘汰落后产能任务艰巨。广西有色金属资源目前主要作为金属原材料或初级矿产品外销,资源没有得到科学、高效的利用。因此,广西高校应加强相应的有色金属资源方面的人才培养。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要》、《国家十一五科学技术发展规划》已将新材料定为优先发展的领域,加大了对新材料的支持力度,把新材料产业列为支柱产业和重点高新技术产业,予以精心培育和重点支持。随着广西北部湾发展战略一级广西千亿元产业项目的顺利实施,为广西工业的发展提供了巨大的发展机遇,同时也为广西高等院校特色专业建设提供了更广阔的空间。在这一背景下,如何发挥地域优势、密切广西的有色金属产业,建设具有地方特设的材料科学与工程专业是一个需要积极探索的重要课题,具有十分重要的理论和实践意义。因此,探索材料科学与工程特色专业建设的途径,并找到适合我区经济发展与我校学科持续发展的人才培养模式,不仅可为我区新专业的设置提供客观依据,同时对加快新建本科专业的可持续发展具有重要的现实意义。
四、结束语
我国材料科学与工程的专业设置具有自己的优势和特色,但是需要充分借鉴国外的相关经验,取其精华,只有这样,才能培养出适应社会发展的材料科学专业人才。
参考文献:
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作者简介:
【关键词】高分子;化学;发展;方向
中图分类号:F407文献标识码:A
一、前言
我国高分子化学一直都是我国发展的重点,这项技术对于很多相关产业非常有帮助,高分子化学是高分子材料的研究基础,已经涉及到了机械行业,建筑行业等多个行业,因此发展高分子化学对于我国高分子材料行业是非常有帮助的。
二、现如今高分子化学的发展情况和应用范围
自从20世纪到现在,随着工业技术的快速发展,天然资源已经露出了疲态,科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明,在之前的40年中,使用材料的速度正在以每10年五倍增长,人类三大合成材料,其中包括塑料、橡胶、纤维,在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料,特别表现在合成材料,在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用,极大的支撑着人类的日常生活,是使国民经济持续发展的必要动力源泉。
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。
五、高分子化学的发展方向
1、使地球更加绿色化
在现在很多工业发达的城市,天空中都会飘着非常浓郁的黑烟,对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色,在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面,我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明,化学行业中具有污染和治理两个方面的性质,可以对绿色使用材料进行研究,也可以继续对环境造成恶化。例如:在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等,在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶,若长期的进行排放,会对环境造成严重的影响,甚至会导致不可逆转的事情发生。
2、减少的自然资源的使用依赖
目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性,众所周知,石油是经过地球非常漫长孕育才出现的,另外,石油也是现如今人类社会非常重要的能源,石油资源现在正在快速的减少,而且不能快速的进行补充,所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源,这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节,对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制,也许这种物质就会满足一些行业的使用要求,当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以,在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度,并对使用材料和环境进行相互协调,这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况,可以对天然高分子进行利用,这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。
现在由石油合成的高分子材料,主要因为原子中以碳为主要元素,其中还含有少量的氮、氧等原子,所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断,大约有40~50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子,它的主链上都是硅原子,并且含有有机侧链的聚硅烷。
3、使高分子材料不断纳米化
现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多,所以,化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中,像纳米量级的片层当中,小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列,之后产生单体聚合,聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制,这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子,但是因为没有精细的方式,没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度,所以现如今很难做到对分子的精准设计,使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计,在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式,通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制,达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。
4、面向智能材料的高分子化学研究路线
20世纪的人类社会是以合成材料为标志的,在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化,有意识的进行调节和修复等一系列措施,这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征,简单说就是可以对外场具有反应。
六、结束语
综上所述,高分子化学已经发展到了非常不错的方向,在很多方面都有非常广阔的运用,目前高分子化学会朝着绿色以及环保方面进行发展,随着高分子化学不断取得突破,未来使用高分子材料的前景会更加的广阔。
参考文献
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“我们应采用一些先进的测试手段,如空间电荷、树枝老化等,研究材料在使用过程中的老化破坏机理,针对电力传输中存在的问题,有目的、有方向地对材料进行改性和提高,开发新材料,提高作为发展电气设备的基础和关键的电介质材料和绝缘技术,从而实现高稳定、高性能乃至小型化的超特高压输电系统及设备。”谈起自己情有独钟的专业,清华大学周远翔教授思维敏捷而乐观,他带领自己的团队以“推动我国超特高压大容量输变电技术的发展,满足国家战略需求”为己任,不仅在空间电荷、树枝老化等电介质材料和绝缘技术的基础理论研究方面做出了出色的成绩,也致力于成果的转化应用,为我国电力传输奉献着自己的力量。
周远翔,清华大学教授,博导,曾任高电压实验室主任,现任高电压课组组长,中国电工技术学会副秘书长。1988年获清华大学工学学士学位,1991年获中国电力科学研究院工学硕士学位,后留该院高压所参加工作,1995年任电力系统电气设备在线检测组组长。1996年获得日本文部省奖学金,赴日本攻读博士课程并于1999年获得电气电子工学博士学位。1999年被聘为日本新能源工业技术发展委员会(NEDO)
研究员,在日本工业技术院国立资源环境综合技术研究所进行科研合作研究。2000年4月作为清华大学引进人才回国并被破格聘为副教授,2004年被破格聘为教授、2005年被聘为博士生导师,2008年作为教育部高级访问学者在美国麻省理工学院从事科研工作。
跨学科领域的丰富科研经历和国际学术交流经验,使得他具有扎实的学识积累。长期以来,周教授一直从事着高电压与绝缘技术、试验技术、电介质和电工新技术的研究工作,如局部放电机理与应用、电力系统电气设备在线监测与诊断、电力变压器、钛酸钡陶瓷电容器、聚乙烯电缆材料、高压放电处理有害化学物质和环保材料等环保应用,在电介质空间电荷、材料绝缘老化特性研究方面具有独到的见解和较高的理论水平。
他参加编写专著《绝缘自及输变电设备外绝缘》和“十五”部级规划教材《高电压工程》,在国内外发表学术论文150余篇,入选“教育部新世纪优秀人才支持计划”,曾获省部级科技进步奖1项,中国电力科学研究院科技进步奖3项,优秀论文奖4项,申请发明专利3项已获批2项……
2000年回国至今,在9年时间里,他取得了这些卓有成效的业绩。是什么理念成就了他在清华的事业?他说:“国外多年的留学生涯使我认识到只有国家强大了,才有个人的尊严;而祖国的发展离不开大家的共同努力。作为科研人员,重视基础研究,强化应用研究是为国增光的重要途径!”
立足基础研究,推动技术进步周远翔教授非常重视基础研究对于应用的深远意义。也许,这正是他长年从事科学研究的真实感悟。
访问MIT“基础研究导致新知识的储备,是技术进步和经济发展的先锋。新技术、新工艺、新流程、新产品都是建立在新知识基础上的,都必须从新知识的储备中提取资本。随着科学技术的飞速发展,由基础研究向应用研究或直接生产力的转化的周期大大缩短了,基础研究是技术进步和经济发展的先锋,这一点比任何时候都更加确定。在这种意义上也许可以说,基础研究是现代社会发展的基础。”
他认为,基础研究即使在短期内可能很难见到明显的效果或影响,但从长远考虑是必要的,而且是一个产业的基础所在。所以,他的时间多数是在实验室里度过,在他的时间观念里,似乎并没有假期。看看他在9年里所做的工作,便能清楚地证实这一点。
周远翔教授负责“985工程”和“211工程”的高电压与强电磁环境学科平台规划与建设,负责自然科学重点基金子课题1项和面上项目3项,博士点基金1项,作为主要承担者曾参加“973”项目1项,曾承担“十一五”国家科技支撑计划及多项国家自然科学基金项目的研究工作,承担各类横向课题二十余项,参与和负责的科研工作具有较高的研究水平。
在变压器绝缘分析和故障诊断方面具有丰富的研究工作和现场成功经验,曾在现场多次成功检测并定位了大型变压器故障点并查明故障原因,尤其是在局部放电、色谱检测与分析以及空间电荷、绝缘老化破坏等方面具有深入的研究经验和成熟的工程技术基础,因此获得相关专利和中国电力科学研究院科技进步一等奖。
在新世纪优秀人才支持计划“场强下微观形态对固体电介质材料内部空间电荷特性的影响研究”中,他完成的“高场强下材料微观形态对空间电荷特性的影响研究”,既有创造性的理论背景,又有工程上的实际价值。在研究过程中,对微观形态和电介质材料空间电荷特性进行了深入探讨,对于高场强下聚乙烯中的空间电荷包问题、空间电荷与介质老化破坏机理之间联系的问题等进行了创新性的研究,还对聚丙烯、硅橡胶、油纸绝缘复合材料等电介质材料的空间电荷现象和机理进行了较深入的研究,有体系,有深度,对于电介质材料研究有较大推动作用,也为解决工程实际问题提供了一定的理论依据。
在被评为“优秀”的自然科学基金项目“基于等离子体技术和结构形态的过滤膜驻极体特性研究”中,他提出利用等离子体技术,结合材料改性技术,利用添加剂和热处理的方法,改善聚烯烃的晶相分布,以改善材料中空间电荷和表面电荷的注入、驻留和积聚特性,获取高电荷驻留量、高稳定性的高驻极特性过滤膜驻极体。该项研究是对等离子体应用技术的发展,为驻极体过滤膜高效率过滤口罩、空气超净化装置的工业化生产提供依据,为空气净化与环境改善做出了积极贡献。
目前,周教授还在从事“线路绝缘子饱和等值盐密污耐受电压及复合绝缘子老化性能研究”,这是清华大学从上世纪50年代就开始的一项研究,历经清华几代人的努力,有着比较深厚的积淀,在周教授团队的努力下,几年中更有了突破性的成果。
一个个课题是他青春的见证,一项项成果是他心血的凝结。能够为国家电力事业的发展贡献力量,他感到快乐。
对绝缘材料与技术发展的思考2007年,基于国家的战略需求,国家自然科学基金委员会制定了电气科学与工程“十一五”发展战略规划,由周远翔教授主要执笔的《高电压与绝缘》和《工程电介质》两部分内容中明确了绝缘材料与绝缘技术的五年规划任务,从学科规划和国家战略需求的角度来阐述绝缘材料与技术今后发展的问题,着重强调了空间电荷、老化、聚乙烯、硅橡胶、油纸绝缘等关键材料的应用、研究与发展的前景。
对于这位以事业为生命的教授来说,从来都没有停止过对电气绝缘研究的思考。他在自己的论文中介绍了现阶段绝缘材料的现状,提出了自己对其发展的新观点,以及对于绝缘材料未来发展前景的思考。
内绝缘研究方向在我国超特高压输变电设备的发展当中,电缆工业相对比较落后。过分依赖进口的局面不仅增加了输电线路的成本,也导致了我国电缆工业落后,阻碍了超特高压输电技术在我国的发展。因此,从国家战略高度出发,由于缺乏材料基础的支撑,我们面临着能源调配的巨大压力,迫切需要我们自行研究电介质材料,研究破坏机理,研究提高性能的方法,解决电气设备生产的关键和基础问题。
硅橡胶由于具有弹性高、耐温范围广等优异性能,在电缆附件中得到了大量的使用,随着新型液体硅橡胶材料的进步,各国开发了硅橡胶应力锥预制式电缆附件。但进口的硅橡胶电缆附件不仅价格十分昂贵,而且质量也并不稳定,许多产品在仅运行1~2年后就发生了事故,对电力系统造成了极大的损失,究其原因主要是以往硅橡胶大多是作为外绝缘材料在合成绝缘子上大量使用,因此对其研究也多集中于硅橡胶的憎水性、耐大气老化性能、耐漏电起痕性能等外绝缘特性方面,而未对其作为内绝缘材料的相关性能进行足够研究就在电缆附件中大使用,所以在运行后容易出现一些新的问题。
对此,周教授提出有必要采用一些先进的测试手段,如空间电荷、树枝老化等,研究硅橡胶材料在使用过程中的破坏机理,针对硅橡胶预制式电缆附件在运行中出现的问题,有目的、有方向地对材料进行改性和提高,从而提高设备运行的可靠性和稳定性,满足国家的战略需求。
外绝缘研究方向在外绝缘领域研究及设计中,对电场及结构设计进行优化以及采用硅橡胶等新材料是解决污湿、覆冰等环境下外绝缘闪络难题的发展方向,在尚无国外经验可借鉴的情况下,高海拔、覆冰、污秽环境中的外绝缘问题是我国交直流超特高压建设中必须认真解决的问题。
周教授认为,电介质特性的表征和认知程度取决于其测试技术。在探索电介质测试技术新原理和新方法的同时,科学合理的电介质特性的表征方法和体系的建立是评估电介质特性、提高电介质性能和开发新型电介质的重要依据。
空间电荷研究方向空间电荷研究在工程电介质学科战略中被定位于六大发展方向之一,是影响甚至制约核能、航天、航空、国防、超特高压输电、脉冲功率、电力电子、信息和生物技术等近代科学技术发展的重大科学前沿问题。针对国家超特高压直流输电系统的需求,清华大学高电压实验室受国家自然科学重点基金支持开展了以超、高压直流复合绝缘子为背景的硅橡胶和玻璃钢材料的空间电荷特性研究,同时受国家电网公司重点项目支持,正在开展以超特高压换流变为背景的油纸绝缘空间电荷特性研究。
树枝老化研究方向根据学科研究体系和学科发展战略需要,放电及绝缘击穿、绝缘老化与诊断均被列入了高电压与绝缘学科未来十年六大主要研究任务之一。电介质的电击穿与老化也被定为工程电介质学科六大发展方向之一。树枝老化作为电介质放电、老化的一种主要形式,对绝缘材料的性能具有很大的危害,因此开展树枝老化破坏机理与寿命预测研究是当前急需解决的理论问题。周教授的研究团队受国家电网公司重大项目的支持正努力开展硅橡胶材料的树枝老化特性研究,目前已取得初步进展。
做好基础研究的同时,周教授并没有忽略到其具体应用。
关键词:纳米复合材料;工程材料;光学材料;磁性材料
中图分类号:TB33文献标识码:A文章编号:1009-2374(2014)06-0007-02进入21世纪,各领域对高性能材料的依赖程度越来越高,纳米材料是一种应用性能很高的工程材料,其应用范围非常广泛。2008年,美国举办了材料科学学会,会议指出:“纳米材料工程将成为21世纪工程材料的重要组成部分。”纳米复合材料是纳米工程材料的重要分支,目前,很多企业已纷纷将技术研发目标转向纳米复合材料,并逐渐加大研究力度,扩大技术应用范围。
1纳米复合材料理论概述
通过对纳米复合材料进行系统分析可知,可以按照材料性质将其划分为三种类型。
1.1单体复合材料
单体符合材料是不同种类、成分的纳米粒子经过工业处理复合而成的,这种纳米固体的物理结构非常稳定,且化学性质也很可靠。因为组成成分少,所以单体复合材料纳米粒子的复合最完全,其分子结构之间的基团链不会随温度、压力的变化而变化。
1.2双体复合材料
双体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到二维薄膜材料中,粒子在弥散过程中会产生均匀或不均匀两种分布状态,这两种分布状态的复合结构都具有一定的稳定性。均匀和非均匀弥散状态的薄膜基体表现出的层状结构具有明显的差异性,纳米粒子分散混乱的材料的构成层级种类很多,分散有序、均匀的材料层级种类较少。
1.3多体复合材料
多体复合材料可以通过工业处理将纳米粒子均匀的分散到三维固体中,纳米粒子会通过外力作用,深入固体组织结构,改变其分子集团的分布情况,进而影响三维固体的物理性能和化学性能。多体复合材料的应用前景非常好,是当今纳米材料科研工作者研究的重点
问题。
2纳米复合材料发展趋势分析
2.1纳米复合涂层材料
纳米复合涂层材料的化学性质稳定,并且柔韧性好、硬度高、耐腐蚀性强,在工程材料表面涂抹这种防护材料不仅可以防止工程材料的破损,还能增加工程材料的防护功能。随着现代工业技术的发展,复合涂层材料得到了显著发展,单一纳米结构逐渐转变为多层纳米结构。美国著名纳米工程材料研究专家普修斯于2012年成功研制出了复合涂层纳米材料,这类纳米材料的抗氧化性能非常好,可以在高温条件下保持不褪色、不热化。对其材料进行强度检测可发现,该材料的涂层硬度高达20.SGpa,是碳钢强度的35倍。具体工艺流程如下:首先,用激光蒸发法去除钢表面的纳米结构,将金刚石纳米粒子涂抹在钢表面;之后,重复上述工艺步骤,在钢表面上涂抹两层金刚石纳米粒子;最后,在高温条件下对钢表面材料进行挤压复合。经过多次挤压,纳米复合涂层材料就此形成,经过加工,钢材料的硬度提高了23.4倍。
2.2高力学性能材料
高力学性能是突出材料的强度、硬度等物理性能,工程材料经过力学改性之后,其物理性质会发生翻天覆地的变化。对原始材料进行改性实验虽然在一定程度可以提高材料的某些力学性能,但这种性能的提升具有很强的局限性,并不能真实的体现出材料的力学极限。经过纳米复合材料改性,高力学性能材料得到了非常显著的研究成果。高力学性能材料发展趋势,主要表现在以下几个方面:
(1)高强度合金。采用晶化法可以大大提升纳米复合合金材料的力学性能,对金属进行纳米复合实验,可以将材料转变成复合型纳米金属,如将铝进行纳米复合实验,铝会转化为过度族金属,这种金属结构的延展性和强度非常高。
(2)陶瓷增韧。纳米粒径很小,所以纳米粒子很容易就可渗透到细小分子结构中,粘合关联性并不紧密的各分子基团。在陶瓷增韧领域纳米复合材料起到了很好的促进作用,在碳化硅粉末中加入粒径为10μm的碳化硅粗粉,在高温高压条件下进行合成,合成之后碳化硅的物理性质会发生很大的改变,煅烧后的陶瓷材料的柔韧性明显增强了,断裂韧性提高了34.23%。
2.3高分子基纳米复合材料
高分子材料近几年在我国工业领域应用十分广泛,高分子材料的物理性能稳定且可塑性好,所以在装饰行业中的发展前景非常广阔。采用纳米复合方式结合高分子基是我国纳米工程材料正在研究探讨的重要课题,目前我国科研专家已初步完成了部分高分子基纳米复合材料的研制工作。具体表现在:将铁和铜粉末按照4:5的比例进行研磨,研磨均匀后用高粒子显微仪器提取铁铜合金粉体,通过显微镜观察可知这种粉体的晶体结构稳定,晶粒间的距离很短。这种粉体和环氧树脂基团进行复合实验可以研制出高强度的金刚石材料,并且其材料还具有很强的静电屏蔽性能。
2.4磁性材料
磁性材料是我国工业材料中研究难度最大的课题之一,因为磁性材料的电磁环境不好判断,所以在应用时经常会遇到复合材料因磁性过大导致使用。随着纳米复合材料的研发和投入使用,磁性材料将进入全新的发展阶段。人们在颗粒膜中发现了巨磁阻效应,纳米粒子在空间流动会被周围磁场带入顺磁基体当中,空间中的铜、铁、镍等磁性粒子都会附着在纳米粒子上。经过金属粒子和纳米粒子的复合,颗粒膜材料不仅会拥有强大的电磁感应,还会具有较高的耐热性能。
2.5光学材料
传统光学材料的综合应用能力很差,其材料的物理性能大多只能满足导电性和导热性,其硬度和稳定性都很差。纳米复合材料诞生之后,人们逐渐找到了纳米粒子的发光原理。不发光的工程材料当减小到纳米粒子大小时,其粒子周围会因光色折射产生一定的光。在可见光范围内这些粒子会不断产生新的光,虽然这些材料的纳米粒子发出的光并不明显,且稳定度也很差,但是科研专家可以从这方面入手,研究纳米复合材料的发光性能。将具有代表性的工程材料作为可发光体,并对其分子结构转化为纳米粒子大小的发光体系,探讨如何提高其发光强度、完善其结构发光性能。由此可见,纳米复合很可能为开拓新型发光材料提供了一个途径。纳米材料的光吸收和微波吸收的特性也是未来光吸收材料和微波吸收材料设计的一个重要依据。
3结语
通过上文论述可知,利用纳米粒子超强的附着能力,可以将纳米工艺和传统材料有机的结合在一起,这种复合型纳米材料具有重要发展意义。当今社会纳米复合材料的研究价值最高,其不仅在材料研究领域占有重要地位,在企业的发展中也是不可或缺的重要组成。
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自从实施改革开放政策以后,我国的工业水平的发生了突飞猛进的变化,发电机制造业也开始向国际市场进军,并取得了在国际市场占有了一席之地,我国发电机制造行业技术水平也在不断的进步。但是,近年来,国内发电机制造水平遇到了瓶颈,原材料的发展,特别是发电机绝缘材料方面滞后制约着国内发电机制造水平的进一步提高。国内有关绝缘材料、发电机的科研院所和企业,在进行绝缘材料的研究制造和使用过程中缺乏沟通、各自为政,绝缘材料的现状不容乐观,与世界发达国家存在一定的差距。同时发电机行业对绝缘材料的要求很高,因此必须对绝缘材料的工艺进行改进,以促进国内绝缘材料的发展,进一步提高国内发电机制造水平。
1我国粉云母带的现状及分析
目前,在绝缘材料的研究开发及改进工作方面,我国取得了较好的成绩。尤其在有关绝缘材料的科研院所、发电机制造企业、绝缘材料制造企业、等方面取得了很大的突破。如:1997年桂林电器科学研究所开始研制高导热多胶粉云母带,也取得了较大进展;从1989年开始,哈尔滨大电机研究所经过3年多的反复试验研制出了高云母含量云母带。
在科研院所、云母原材料的制造企业、云母带制造企业、发电机制造企业等多方面的共同努力下,近10年来粉云母带的发展都取得了很好成绩。从现实情况看,虽然大家所用的粉云母纸、玻纤布、胶粘剂完全相同,但是制成线捧后的电气性能却存在较大的差异,如哈尔滨电机厂有限责任公司制造和东方电机股份有限公司制造制造的二滩电站水轮发电机定子线圈,在绝缘击穿场强方面却有很大的不同,上下差别10~12MV/m,这就说明在同一业界的不同企业有着不同的标准,各有各的工艺要求。
而在同一行业出现不同的标准,主要原因有以下两个方面:(1)云母带制造企业未能充分考虑到自己的产品在不同应用条件,对于产品的要求不同。(2)有部分云母带制造企业出于对技术保密的考虑,不愿意与业内同行分析应用工艺,共同探讨行业内共同标准。这种情况的出现已经影响着绝缘材料的发展,只有制造和应用双方互相合作,才能使进一步的开发与完善绝缘材料等工作,促进其发展。
2我国绕组线的现状及分析
近年来,随着科技的进步,对发电机水平的要求也开始趋于更严格的水平,企业开始在不断的改进电机制造的手段和试验分析方法。目前定子线圈性能通过对外引进电机先进的试验分析方法,同时经过不断的探索研究,已正式步入全面的分析阶段。有一些先进的企业对各种产品质量指标进行了量化,对绕组线的导体和绝缘层上提出了高于现行国家标准的要高标准,为了保证产品质量的长久稳定,在应用前再次对材料进行分析测试,在实际的生产中发挥了线圈最佳的综合性能。
3我国换位适形填料的现状及分析
就目前我国各大电机制造公司所使用的换位适形填料而言,其类型多种多样,材质也各一,具体分为有使用玻璃布补强多胶云母板的,有使用腻子的,有使用舍多胶纤维的三类。而从最新的技术看,出现了一种云母树脂复合板,相比较以前的各类材料,使用效果要好的多。由于传统的设计方法与传统设备的限制,本身的使用必须在一定的温度和足够的压力作用下才具有较佳的流动性,使得新型材料的推广与利用率不高,所以有必要提升云母树脂复合板的品质,或开发更多的适形填料品种,以满足企业的需求。
4我国定子硅钢片漆的现状及分析
从定子硅钢片漆的历史来看,其经历了从全有机漆到半无机漆,从有机溶剂型到水溶型的发展过程,每一个阶段都会取得技术进步与创新,但从使用情况来看,多数硅钢片漆并未得到广泛推广。我国在1994年以后,出现了高无机质含量的新型硅钢片漆,除贮存期较短外,其它性能比较优越,达到了使用的高要求。
5我国磁极线圈匝间绝缘的现状及分析
从我国的现状来看,所使用的磁极线圈匝间绝缘是环氧玻璃坯布,而从国外先进技术来看,磁极线圈匝间绝缘大多采用Nomex上胶纸,相比较而言,我国落后很大一截。随着近几年国外先进技术的引进,Nomex上胶纸也逐渐的进入我国的企业。对比两者,我国传统使用的环氧玻璃坯布存在有以下三方面的缺点:一是在热压过程中,玻璃丝布外缘的玻璃丝随着胶一起被挤出,影响磁极线圈的散热及外观;二是玻璃丝布上所涂树脂的均匀性较差;三是在其底材一玻璃丝布的编织孔中的气泡难以在热压过程中排出,使得粘结力下降;而Nomex上胶纸却凸显出以下优点:具有较高的电气强度、耐温指数、和粘结力以及较低且稳定的压缩率等等,而目前市场上Nomex纸价格较昂贵,但从总体上而言,在使用的同时应大力研制Nomex纸的代用品,最终使成本降下来,性能提得上去。
6有关磁极托板的现状及分析
国内以往大都采用铆接式结构的磁极托板,这种结构的材料利用率一般都比较高。现在也有采用环氧板加工成的整体式托板、玻璃纤维模压的整体式托板等。用环氧板加工成的整体式托板的优势是机械强度在不同的方向均有较高的水平,同时它仍然存在材料利用率低的缺点。模压整体式托板在与纤维平行的方向,托板的弯曲强度、剪切强度都很低。相比较而言,环氧板是更好的选择,针对其材料利用率低的缺点,材料供应商应该通过学习发达国家的物流管理理念,配备必要的加工设备来优化材料的性能,以此满足不同用户更高的需求。
7结语
(1)绝缘材料的研制应从市场与使用者的角度出发,在了解产品的各种用途及具体的应用工艺后进行研发,最终使提供的产品在满足用户的性能和用户的生产工艺过程的双要求。
(2)深入了解绝缘材料的使用状况、制造工艺、技术性能等特点,使绝缘材料发挥最大的能效。
(3)绝缘材料的研制、生产、应用者都应对比国外找差距,对比国内找出路,研发放首位,市场把定位,客户需求圆心位。
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