納米量級上探索微觀世界奧秘(講述·弘揚科學(xué)家精神)
張治軍(中)在查看實驗設(shè)備。 |
人物名片
張治軍:1958年生,河南濟源人,河南大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,河南省“中原學(xué)者”,現(xiàn)任河南大學(xué)納米材料工程研究中心總工程師。主要從事納米材料的制備化學(xué)研究及工業(yè)化技術(shù)開發(fā),負(fù)責(zé)建設(shè)了河南大學(xué)納米材料工程研究中心中試基地,先后主持開發(fā)了高性能納米潤滑油材料、特種功能納米二氧化硅、高效抗菌金屬納米材料等系列納米材料并實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。2019年獲國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。先后被授予全國優(yōu)秀科技工作者和全國模范教師稱號。
辦公桌上幾個培養(yǎng)皿里,裝著白色的納米二氧化硅粉體。記者拿起培養(yǎng)皿,輕輕搖動,只見細(xì)小的粉體轉(zhuǎn)瞬化作流體,在培養(yǎng)皿內(nèi)壁上流動。“你看,納米材料很有趣,球形二氧化硅經(jīng)過改性,就像流體一樣絲滑,具有特殊的物理化學(xué)性能。”張治軍說。
張治軍解釋,納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺寸(1—100納米)或以它們作為基本單元構(gòu)成的材料。當(dāng)材料尺寸小到納米量級時,其物理化學(xué)性能會發(fā)生重大改變,從而具有廣泛的用途。多年來,張治軍致力于推動納米材料研究的“實驗室技術(shù)工程化、工程化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”,促進我國納米產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
率先研究納米潤滑材料,找到可實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的方法
1982年,張治軍從河南大學(xué)化學(xué)系畢業(yè)后留校任教。當(dāng)時,在國際上還沒有納米材料這一概念。
1988年,張治軍在參加全國光電化學(xué)會議時,聽了一個關(guān)于納米材料小尺寸效應(yīng)的報告。“材料在納米尺寸時會表現(xiàn)出許多奇異特性,一下子就激發(fā)了我的好奇心。”張治軍回憶說。
1992年夏天,張治軍在中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所結(jié)識了研究潤滑材料的張軍教授。聽說張治軍在研究納米材料,張軍也十分感興趣:“能否把納米材料添加到潤滑油中?”后來,在張軍的引薦下,張治軍考取了蘭州化學(xué)物理研究所的博士研究生,研究方向正是納米潤滑材料。
“這對我來說是一個很大的挑戰(zhàn)。”張治軍介紹,因為具有潤滑性能的納米金屬或金屬化合物材料放入潤滑油中,極易團聚成大顆粒并沉淀下來,難以作為潤滑油添加劑使用。張治軍嘗試用化學(xué)方法合成納米顆粒,在顆粒由小到大的生長過程中,用油溶性化合物包覆在納米顆粒表面,從而讓這些顆粒在潤滑油中穩(wěn)定分散。納米顆粒大大提高了潤滑油的抗磨性能,并具有磨損自我修復(fù)功能。
實驗取得了成效,但在大規(guī)模生產(chǎn)中,卻遇到了瓶頸:無機固體顆粒在水相中與有機化合物很難均勻有效碰撞,無法實現(xiàn)均勻的反應(yīng)。沒有生產(chǎn)裝置來解決這個問題,怎么辦?
“干脆我們自己研發(fā)反應(yīng)器”,張治軍決定從制作固—液反應(yīng)器入手,解決這一難題。經(jīng)過上萬次的現(xiàn)場實驗,張治軍帶領(lǐng)團隊發(fā)明的管線式微梯度乳化反應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備,終于實現(xiàn)了納米雜化材料生產(chǎn)過程的微梯度傳質(zhì)傳熱,納米潤滑材料得以穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)。多年前在心中深埋的種子,終于開花結(jié)果。
2020年1月,張治軍主持的“高性能節(jié)能抗磨納米潤滑油脂關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化”項目摘得2019年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。“這項技術(shù)解決了行業(yè)發(fā)展中的一個共性問題,并且具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。”張治軍高興地說。
從零開始搭建實驗平臺,逐步形成納米科研成果轉(zhuǎn)化體系
如今的河南大學(xué)納米材料工程研究中心中試基地實驗設(shè)施完備,設(shè)置了三級實驗平臺。初級放大實驗平臺,利用最小的工業(yè)化設(shè)備,考察納米材料是否能實現(xiàn)實驗室的工藝過程;中等放大實驗平臺,用于掌握納米材料生產(chǎn)的放大效應(yīng),以便為企業(yè)提供批量化產(chǎn)品;工程驗證實驗平臺,可有效規(guī)避企業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)中的技術(shù)風(fēng)險,為創(chuàng)新技術(shù)的推廣保駕護航。
“當(dāng)年剛來的時候這里只是一片玉米地。”張治軍對基地的一草一木、一磚一瓦都充滿了感情。
1998年,張治軍在老師黨鴻辛院士的指導(dǎo)下,決定嘗試推動納米材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。隨后,河南大學(xué)選擇在河南省濟源市建設(shè)納米材料工程研究中心中試基地,作為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的平臺。時任納米材料工程研究中心主任的張治軍,選拔了一批具有企業(yè)工作經(jīng)歷的教師和研究生,組成建設(shè)團隊,赴濟源開始基地建設(shè)。
“一切從零開始,從自己動手搭建實驗平臺開始!”沒有辦公場所,張治軍就帶著團隊在附近租用一個廢棄的校園。“搭建初級放大實驗平臺時,我們自己攪拌水泥,打預(yù)制板,砌平臺,在教室里搭建出一套雖簡易但單元齊全的50升放大實驗裝置;一邊做實驗,一邊監(jiān)理基地廠房的建設(shè)。”
2005年,張治軍又帶領(lǐng)團隊建設(shè)了擁有2000升反應(yīng)設(shè)備的中等放大實驗平臺。前幾年,平臺需要小批量的生產(chǎn)能力,張治軍決定建設(shè)工程驗證實驗平臺。為了解決資金難題,他把團隊獲得的數(shù)百萬元技術(shù)成果轉(zhuǎn)讓獎金,全部投入其中。
憑著對事業(yè)的執(zhí)著,20多年來,張治軍帶領(lǐng)團隊逐步建成國內(nèi)先進的納米材料集成創(chuàng)新實驗平臺,形成了“從基礎(chǔ)研究到技術(shù)開發(fā)再到產(chǎn)業(yè)化”的科技成果轉(zhuǎn)化體系。目前,中試基地?fù)碛械?0多項授權(quán)專利,已有35項實現(xiàn)了成果轉(zhuǎn)化。2019年,河南大學(xué)與濟源產(chǎn)城融合示范區(qū)聯(lián)合共建的“濟源納米材料產(chǎn)業(yè)園”在太行山下拔地而起。
傳遞科研精神,引導(dǎo)更多年輕人投身納米材料研究
如今,年逾花甲的張治軍幾乎每天都會到實驗室或中試基地車間。如果是出差回來,無論多晚,他也盡量到中試基地看一看。“多少年都是這么過來的,不來就會覺得少了點什么似的。”他說。項目每遇到難題或進行到關(guān)鍵處,他總是帶領(lǐng)大家一起攻堅克難。團隊成員經(jīng)常會收到他的短信,短信里往往都是他徹夜思考后的新想法。前一陣子,張治軍忙著設(shè)計濕法混煉天然橡膠的關(guān)鍵設(shè)備,一連兩個月都待在設(shè)備加工車間里,不斷地調(diào)試和修改。
采訪當(dāng)天,初級放大實驗平臺設(shè)備運行不暢,張治軍馬上到車間去調(diào)試。他說,反應(yīng)器的微小結(jié)構(gòu)變化就會導(dǎo)致材料性能發(fā)生很大偏差。最終,張治軍一連調(diào)試了30多遍才確定了最佳參數(shù)。天氣炎熱,走下實驗平臺,他已汗如雨下。
記者問張治軍累不累,他說:“年輕時覺得做實驗是為了完成任務(wù),后來做實驗就成了習(xí)慣,習(xí)慣慢慢變成熱愛,就不覺得累了。”
雖然常年在中試基地工作,張治軍每年仍堅持回河南大學(xué)校本部為本科生講課。“主要是給他們講一講納米材料的發(fā)展前沿和應(yīng)用前景,傳遞一些科學(xué)研究的精神和理念。希望這些投身納米材料研究的年輕人能坐得住冷板凳,終身與科研事業(yè)為伴。”張治軍說。
“探索微觀世界里的奧秘,是樂趣,也是一項崇高的使命,”張治軍說,“讓納米材料創(chuàng)造更多社會價值,我會繼續(xù)努力下去。”
■記者手記
瞄準(zhǔn)目標(biāo) 篤定前行
在河南大學(xué)納米材料工程研究中心中試基地實驗樓大廳,深藍色展板上寫著:“板凳甘坐十年冷,不做文章半句空”。這句話也是張治軍教學(xué)和科研生涯的寫照。
科學(xué)研究并非一蹴而就,要耐得住寂寞。從一片玉米地到如今實驗設(shè)備完善的中試基地;從零開始研究納米材料到實驗成果實現(xiàn)轉(zhuǎn)化……20多年來,張治軍在自己選擇的道路上不斷前行,不斷進取,不知疲倦。
在張治軍的辦公室,一直掛著老師黨鴻辛院士的照片,“他們那一代人對科研的執(zhí)著精神,一直激勵著我”。帶著老師的叮囑,張治軍篤定前行。
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