【中國科學報】薪火相傳“潤”化萬物——走進固體潤滑國家重點實驗室

①嚴東升(右)、黨鴻辛(左)和薛群基(中)三位院士分別任實驗室名譽主任及學術委員會主任

②劉維民院士(第一排左一)與團隊成員進行潤滑材料研究

③周峰主任(中)在實驗室里

④固體潤滑與液體潤滑

⑤固體潤滑國家重點實驗室研發的各種材料在航空航天領域的應用

⑥“神舟七號”飛船固體潤滑材料空間暴露實驗

“空間潤滑材料與技術”團隊獲得國家自然科學基金委創新研究群體科學基金支持

實驗室人員合影

  ■本報見習記者 高雅麗

  鉆木取火、機械運轉、搬運工具……生活中摩擦無處不在,人類早已習慣利用或克服摩擦來解決生活或生產實踐中的問題。實際上,全世界每年約30%的一次能源因為摩擦被消耗,約60%的機器零部件因為磨損而失效,約50%的機械裝備惡性事故起源于潤滑失效和過度磨損。

  對抗摩擦,潤滑是極其重要的一環。

  在中國科學院蘭州化學物理研究所(以下簡稱蘭州化物所),就有這樣一支專注潤滑的科研團隊——從“東方紅一號”衛星到“風云”系列衛星,從“神舟”飛船到“天宮”系列飛行器,60余年來,蘭州化物所潤滑實驗室及之后的固體潤滑國家重點實驗室(以下簡稱潤滑實驗室)四代科研人在這里默默堅守、薪火相傳,開創和發展了中國的固體潤滑事業。

  填空白 建立固體潤滑學科

  1958年,在“支援大西北”的號召下,105位中國科學院石油研究所的科研人員從大連來到蘭州,支持我國西部石油工業的發展。

  就在他們西遷的前一年,蘇聯發射了第一顆人造衛星,而當時中國的航空航天事業還處于空白狀態。中國自行研制的潤滑脂如同自行車用的黃油一樣簡單,真空環境會讓流體和半流體的油脂瞬間失效。

  為了滿足“兩彈一星”對特殊潤滑的需求,一到蘭州,我國固體潤滑學科奠基者陳紹澧、黨鴻辛等人就全身心撲在科研工作上,率先在蘭州化物所組織固體潤滑材料的基礎和應用研究。

  1967年,中國第一顆人造地球衛星“東方紅一號”的研發進入關鍵階段,科研人員遇到了100攝氏度至零下100攝氏度真空下超短波天線的導電潤滑難題。

  為了解決這個問題,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,終于成功研制出一種新型固體潤滑膜。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》的旋律響徹太空。

  在前期工作的積淀下,1987年8月13日,在薛群基院士的推動下,中科院批準成立 “固體潤滑開放研究實驗室”。當時,整個實驗室只有12個人、7間房子和50臺大小設備。雖然條件艱苦,但那一天對實驗室的發展而言卻是一個極其重要的節點?!肮腆w潤滑開放研究實驗室成立后,不僅實驗條件有所改善,還能承擔更多的國家項目,在科研產出、人才聚集、學科建設等方面對研究所起到了很重要的作用?!碧m州化物所所長、黨委書記王齊華介紹說。

  1999年,科技部批準成立“固體潤滑國家重點實驗室”。中國科學院院士、時任實驗室副主任劉維民回憶,“晉升為國字號后,實驗室購買了注塑機和Langmuir-Blodgett膜儀等儀器設備,并對實驗室進行了裝修整理。我們更為重視學科建設,增設了物理化學、材料學博士點。同時也更加關注隊伍建設,強調以高水平的研究工作吸引人才,以寬松的學術氛圍、和諧的工作環境穩定人才,以高度的責任感激勵人才?!?/p>

  一路走來,潤滑實驗室的設備總值已從當年的一兩千萬元增加到4億多元,人才隊伍從30人擴大到100人,更是開拓了摩擦化學、納米潤滑、離子液體潤滑、工程材料表面潤濕及摩擦調控、超分子凝膠潤滑等國際摩擦學研究的新領域。

  拓方向 立足國民經濟主戰場

  在潤滑實驗室發展歷程中,從黨鴻辛到薛群基、再到劉維民,科研人員始終堅守固體潤滑事業,無論是困難時期還是建設歲月,他們始終奮斗在科研一線,為實驗室描繪出承前啟后的嶄新畫卷。

  進入新世紀,潤滑實驗室在發展方向上做出調整——服務國民經濟主戰場,正如劉維民常掛嘴邊的一句話,“國家需要什么,我們就做什么”。

  2008年9月27日,“神舟七號”航天員翟志剛首次太空出艙、展開國旗之后,他還從飛船外收回一個“小方盒”——這是潤滑實驗室設計的外太空潤滑材料暴露試驗。它從2000多個參選項目中脫穎而出,成為唯一被選中的科學試驗項目。

  劉維民團隊參與了這個空間潤滑項目?!斑@個工作鍛煉了我們團隊在空間潤滑領域的能力,同時也提升了潤滑材料在國家層面的影響力,為國家深空探測中的關鍵系統及運動部件奠定了潤滑材料基礎?!眲⒕S民回憶說。

  潤滑實驗室主任周峰表示,在不同發展階段,潤滑實驗室始終服務于航空航天、風力發電、鋼鐵冶金等不同應用行業,“在國家需要的時候一定要拿出解決方案”。

  2011年,潤滑實驗室部署進入高端裝備潤滑領域,進一步生產滿足國家需求的產品,完善產業轉化鏈條。同時,實驗室和企業聯合成立研發中心,在具有重要應用價值的高性能固體潤滑材料、高端潤滑油及潤滑脂方向與相關企業持續開展合作研究。

  王齊華認為,固體潤滑不是純理論的學科,而是面向應用的基礎學科,應該把科研成果轉化為技術、產品或者商品。

  因此,在“國家需要什么,我們就做什么”的引導下,潤滑實驗室研制了先進的潤滑油脂,打破了國外公司的長期壟斷;與中科潤美科技公司合作,經過3年的不懈努力,研發了可應用于180攝氏度至260攝氏度高溫工況的鏈條傳動系統潤滑油,在國內首次實現了進口替代。

  此外,潤滑實驗室與鞍山海華油脂公司、中國石油潤滑油研發中心合作,在鞍山鋼鐵集團的支持下成功研發出長期被國外產品壟斷的高承載齒輪潤滑油,并在鞍山鋼鐵、金川鎳業等大型企業成功應用。

  從航空航天到深海遠洋,從裝備制造到民用科技,潤滑實驗室以滿足國家需要為己任,開創了上天入海、服務社會的新征程。

  謀發展 壯大青年科研力量

  地處蘭州,潤滑實驗室在發展過程中不可避免地遇到了瓶頸問題:科研人才的“流”與“留”。與東部發達地區相比,西部存在生活環境、人員待遇等方面的差距。在接棒潤滑實驗室主任后,周峰一直在思考如何更好地吸引人才、穩定人才。

  為了鼓勵青年科研人員,周峰提出了“基礎研究需要建立標簽式研究領域”的想法,即基礎研究要有創新性和創造性,不能做跟蹤模仿的研究?!皾櫥瑢嶒炇抑匾晝灮瞬排囵B和團隊建設小環境,為人才成長和團隊建設提供有利條件,希望每個實驗室的工作人員都有自己專屬的標簽研究領域?!敝芊褰忉屨f。

  副研究員蔡美榮從事自約束超分子凝膠潤滑劑研究,正是在周峰的鼓勵下,她拓展了潤滑油脂的新領域,為自己貼上了“標簽”。在此次抗擊新冠肺炎疫情時,蔡美榮所在課題組的研究成果派上了用場?!搬t護人員戴口罩時眼鏡會起霧,我們課題組研發了防霧涂層,為甘肅及其他省份十幾家醫院提供了1200多瓶防霧涂層液?!辈堂罉s介紹說。

  同時,潤滑實驗室鼓勵青年研究人員勇于挑戰研究領域國際前沿問題,并給予3~5年的自由探索時間,寬容年輕人的失敗。  

  研究員王趙鋒從事的研究方向是摩擦發光與摩擦學傳感研究,他告訴《中國科學報》,正是在這樣的政策激勵下,自己一回國就丟掉了思想負擔,積極思考未來的發展方向。  

  “開始獨立研究后,在空間緊張的情況下,實驗室很快為我們解決了科研用房問題,并從運行費中撥出一部分用于支持引進人員,還配備了招生指標,使我們迅速具備了科研的實驗和人員條件?!蓖踮w鋒說。

  不僅如此,潤滑實驗室還進行了課題組重新規劃,為蘭州化物所研究員王道愛和王趙鋒專門建立了摩擦物理與傳感課題組,有針對性地進行任務部署,適時為課題組提供契合度高的科研項目機會,讓科研目標更加明確。

  周峰表示,潤滑實驗室一直在想方設法幫助青年骨干人才成長,比如創造條件讓他們到國外知名實驗室開展合作研究,與他們討論科研方向、幫助修改項目申請材料?!拔覀円苍谔岣呷藛T待遇,利用所外中心的平臺吸引和穩定青年骨干人才,設立公平公正的前沿研究方向基金,扶持有興趣有能力的部分青年人從事前沿探索研究,給年輕人留足努力和發展的時間?!敝芊逭f。  

  迎挑戰 成為潤滑科學創新研究高地

  目前,我國經濟和產業轉型以及科技向“三深”方面發展,為潤滑學科帶來了發展機遇,也帶來了巨大挑戰。例如傳統產業中機械的更新換代需要新的摩擦和潤滑材料的支持,苛刻環境下機械裝備則對潤滑材料和技術提出了更高要求。

  面對新的形勢,潤滑實驗室將目光聚焦到核工業、深海的潤滑抗磨材料等更加前沿的方向。

  潤滑實驗室副主任王鵬2013年從德國馬普等離子體物理研究所博士后出站回到實驗室,開始關注核環境下的摩擦磨損潤滑方向。  

  “從2013年回國到2018年,在導師劉維民院士的鼓勵下,我深入思考并確定了自己的研究方向,實驗室為我搭建了很好的平臺?!蓖貔i說。

  如今,王鵬和團隊研發的固體潤滑薄膜材料首次在托卡馬克核聚變裝置上成功應用,解決了遠程遙控操作機械臂關節軸承潤滑的難題。下一步,他們還將為中國聚變工程實驗堆提供整體潤滑保障。

  在學科建設方面,周峰表示,潤滑實驗室要繼續瞄準摩擦學領域新趨勢,制定基礎研究規劃,在摩擦學本質的認識、多尺度摩擦過程中數值模擬等尚待解決的問題上部署基礎研究方向。

  對于未來發展,劉維民坦言,潤滑實驗室在材料摩擦學、潤滑的表面界面、合成潤滑材料三個方面有一定優勢,但是英美的潤滑公司在研發產品上有非常大的投入,趕超他們任重道遠,“只有沉下心來踏實前行,才能趕超英美先進水平”。

  因此,在潤滑材料與技術方面,潤滑實驗室面向國家裝備制造新需求,創新潤滑材料設計方法,帶動新一代裝備發展,思考如何為運動機構提供整體潤滑解決方案。

  “未來,潤滑實驗室將加強創新性基礎研究,推進原創型科研工作,進一步提升國內外的影響力和領先性,堅持特色研究方向,積極促進科技成果轉移轉化,成為國際潤滑科學創新研究基地和國家潤滑材料與技術研究的戰略科技力量?!敝芊逭f。

  六十載風雨征程,數代人堅守創新。未來,潤滑實驗室仍將在新時代建功立業、科技報國,繼續書寫中國“潤滑”新奇跡。

  “小眾學科”如何成為“大眾科學”

  在科技資源并不充足的西北地區,為何固體潤滑這個“小眾學科”能夠得到如此迅速的發展?為何固體潤滑國家重點實驗室(以下簡稱潤滑實驗室)能在科技部組織的6次國家重點實驗室評估中5次獲“優”?這是采訪中記者一直探尋的問題。

  答案在潤滑實驗室主任周峰的解釋中逐漸清晰,“固體潤滑學科是與機械、物理、生物、醫學等學科交叉的‘大眾科學’,近十年來潤滑實驗室通過多種方法、多種途徑進行科學傳播活動,把固體潤滑的科學知識、科學方法,以及融于其中的科學思想和科學精神傳播到社會的方方面面,讓公眾充分了解這個‘小眾學科’”。

  中國科學院蘭州化學物理研究所(以下簡稱蘭州化物所)所長、黨委書記王齊華在采訪中提到,潤滑學科文化傳承就是“少說多干”,科研人員有很強的吃苦精神、協作精神,對名利看得比較淡。

  “地處西北,大家通過共同努力,使我們的‘小學科’進入了良性循環。這里的科研條件是領先的,也有很好的文化氛圍,年輕人肯干,因此個人也容易得到發展?!蓖觚R華總結說。

  事實上,這樣的精神傳承有著歷史淵源。1962年,國家有關部委向中科院提出需要解決液氧條件下的潤滑問題,這是蘭州化物所摩擦、磨損與潤滑實驗室(潤滑實驗室前身)接到的第一個固體潤滑研究任務。在陳紹澧、黨鴻辛等老一輩科學家的帶領下,科研人員在科研大樓外的空地上搭建起模擬條件下的臨時固體潤滑試驗房,日夜鉆研,最終攻克了液氧條件下的潤滑難題。1997年,黨鴻辛和薛群基分別當選中國科學院院士和中國工程院院士;同時有兩人當選院士,這在蘭州化物所的歷史上絕無僅有,直到今天仍被傳為佳話。

  潤滑實驗室副主任王鵬也坦言自己受導師劉維民影響很大?!袄蠋熢谶@里默默奉獻了35年,言傳身教地告訴我們什么是忠誠、什么是使命,所以我從沒想過去別的地方?!?/p>

  而劉維民的經歷則體現出潤滑實驗室又一發展秘訣——對年輕人的信任。1992年6月,博士畢業不到兩年的劉維民被蘭州化物所任命為固體潤滑開放研究實驗室副主任。

  “在那個年代,只有助理研究員職稱的我就能擔任實驗室副主任,體現出研究所及實驗室對年輕人的信任及放手任用,可以說放心起用年輕人是實驗室的傳統?!?劉維民說。

  一件件小事,逐漸匯聚成潤滑實驗室的優良傳承。在這60年的積淀中,潤滑實驗室確立了“國家需求與學術追求相統一”的價值觀,發展了“前沿引領、務實合作、創新奉獻”的潤滑精神。而這些,正是“小眾學科”發展成為 “大眾科學”的“秘密武器”。(高雅麗)

  固體潤滑國家重點實驗室簡介

  固體潤滑國家重點實驗室的前身為中國科學院蘭州化學物理研究所摩擦、磨損與潤滑實驗室。1987年在該實驗室的基礎上成立了中國科學院固體潤滑開放研究實驗室,1999年10月經科技部批準建設固體潤滑國家重點實驗室,2001年4月建成并通過驗收。

  固體潤滑國家重點實驗室定位于應用基礎和高技術研究。主要方向為開展新型潤滑防護材料的設計、制備和摩擦學性能研究,從分子層次上探索摩擦化學機理和材料損傷防護的原理與方法,發展高性能潤滑和防護材料及減摩與抗磨技術。主要研究內容包括摩擦學理論及摩擦化學、特殊工況摩擦學、材料摩擦磨損與表面工程、高性能潤滑防護材料。

  固體潤滑國家重點實驗室始終堅持“基礎研究瞄準國際前沿,應用研究立足國家需求”的方針,以“創建一流科研環境,培養一流科技人才,做出一流科研成果”為目標,努力建設在國際摩擦學領域具有重要影響、能為國家高新技術和國民經濟發展作出重要貢獻的國家重點實驗室。

  《中國科學報》 (2020-09-03 第4版 聚焦)

  原文鏈接:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2020/9/357494.shtm

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