結緣稀土 深耕一生

——對話中國科學院院士、清華大學化學系教授張洪傑


 ● 記者 呂婷 攝影 李派

 

張洪傑

張洪傑,無機化學家,中國科學院院士,發展中國家科學院院士,清華大學化學系教授,博士生導師。1953年9月生,吉林榆樹人。1978年畢業於北京大學化學系,同年分配到中科院長春應用化學研究所工作,1985年在研究所獲理學碩士學位。1993年在法國波爾多第一大學獲固體化學、材料科學博士學位後回所工作,1994年被聘為研究員。現擔任國家基金委重大項目負責人、中國稀土行業協會理事長、英國皇家化學會會士。歷任中科院長春分院院長、中科院長春應化所黨委書記、中科院稀土化學與物理重點實驗室主任、稀土資源利用國家重點實驗室主任、中科院長春應用化學研究所主任。

張洪傑長期致力於稀土功能材料的研究,以材料的結構與功能關係為研究重點,着重解決影響學科發展的關鍵科學和技術問題,發展了系列材料製備的新方法和技術。他將基礎、高技術及應用研究有機結合,研製出的稀土新材料已成功應用於稀土交流LED照明、稀土環保着色劑、航天航空高超風洞測温、稀土鎂合金汽車零部件、國防軍工兵器等領域,滿足了國家的戰略需求。發表學術論文500多篇,被他人引用36000多次,獲授權發明專利72項。撰寫專著1部,編著3部。曾獲國家傑出青年基金,入選中科院百人計劃、國家基金委創新羣體學術帶頭人,擔任國家973項目首席科學家。以第一完成人獲得國家自然科學二等獎、中科院傑出科技成就獎、吉林省特殊貢獻獎、吉林省科學技術發明一等獎、吉林省科技進步一等獎、吉林省學術成果特別獎、香港“求是”基金會傑出青年學者獎、澳大利亞金袋鼠世界創新獎等獎項。

稀土被稱為“工業黃金”“新材料之母”。但這些美譽,或許已經不能完全説明稀土在當下和未來對於人類經濟社會發展的重要性和影響力。小到手機、照相機、計算機,大到飛機、導彈、衞星的製造都離不開它。

稀土在張洪傑看來,是閃閃發光的神奇寶庫。談起心愛的稀土研究時,張洪傑的眼中也閃爍着光芒。他的計劃表裏還有許多項新奇而富有挑戰的研究等待他一一突破。

與稀土結緣,張洪傑找到了一生摯愛的研究方向,也找到了科研報國的創新之路。

這條路充滿着艱難險阻。在“板凳一坐十年冷”的基礎研究領域,張洪傑時刻思考着如何將基礎研究與實際應用緊密結合。

成為對社會有用的人,是張洪傑年少時一個單純的理想。如今,他做出了對國家戰略發展領域有卓越貢獻的研究成果,研發出的稀土新型材料已廣泛應用於經濟社會的各個領域。

而對於科學探索,他卻仍如少年般,永葆一顆純真、好奇、赤誠和敬畏之心。

 

幾十年如一日 深耕稀土材料研究

記者:您長期致力於稀土發光材料、稀土功能材料的研究,為什麼選擇稀土材料作為您深耕的方向?對於研究方向的選擇,您有怎樣的心得?

張洪傑:稀土是我國重要的戰略資源,是高新技術材料的寶庫。我國稀土資源豐富,且元素品種齊全,從事稀土材料研究得天獨厚。稀土基礎研究是國際前沿熱點課題,稀土新材料具有十分廣闊的應用前景,是改造傳統產業、發展新興產業的關鍵戰略性基礎材料。稀土在信息、能源、智能製造、電子芯片、機械鋼鐵、核電、光纖電纜、石油化工、航空航天、國防軍工和兵器系統等13個領域40個行業得到了廣泛的應用,對我國具有十分重要的戰略意義。

我的導師蘇鏘院士1952年大學畢業後到應化所從事稀土分離研究,1972年開始從事稀土發光材料的研究。我1982年考取了蘇先生的碩士研究生,在蘇先生的言傳身教和精心培育下,我做出了一輩子從事稀土研究的選擇。現在看來這個選擇是正確的,因為稀土高端材料在國民經濟發展、國防軍工等國家安全領域,具有不可替代的戰略地位。

在研究方向的選擇上,我認為最好能夠與國家的戰略需求相結合,而且能夠將研究落地,做出有用的成果,這樣才能為國家經濟社會發展作出一些力所能及的貢獻。

記者:稀土被稱為“工業黃金”,我國稀土材料的研發創新能力在國際上處於什麼水平?

張洪傑:經過幾十年的不懈努力,我國依靠自己的力量,建立了完整的稀土採、選、冶、用的工業體系,培養造就了一大批稀土科研、產業、管理人才,稀土應用基礎研究和技術進步也取得了長足進展。

一直以來中國稀土佔據四個世界第一:儲量第一、產量第一、出口量第一和消費量第一。但是中國是稀土生產大國,不是稀土高科技強國,具有自主知識產權的高附加值稀土功能材料不多。我國在稀土功能材料的高端應用與世界先進水平還存在一定差距。美國、日本等發達國家把稀土列為戰略元素,紛紛加大投入、優先發展,並擁有世界一流的稀土應用技術。因此,我們必須加倍努力,研製出大量自主創新高端稀土新材料,延伸產業鏈,為國民經濟的可持續發展作出應有的貢獻。

記者:在當前複雜多變的國際形勢下,稀土的研發是否更為緊迫,戰略價值是否更加凸顯,您是如何理解的?

張洪傑:在當前複雜的國際形勢下,稀土的研發迫在眉睫,歐洲、美國、日本等正加大力度發展稀土高端材料,以搶佔新一輪產業發展制高點,進一步擴大對我國高端稀土材料的領先優勢。稀土是用以保障國家安全的眾多武器系統的必需元素,像激光、雷達、聲納、夜視、制導、衞星、導彈、噴氣發動機、主站坦克以及裝甲戰車等等都需要用到稀土材料。

2019年,習近平總書記在贛州考察時強調:“稀土是重要的戰略資源,也是不可再生資源,要加大科技創新工作力度,不斷提高開發利用的技術水平,延伸產業鏈,提高附加值,加強項目的環境保護,實現綠色發展,可持續發展。”我們要認真貫徹落實總書記的重要指示,為國民經濟的可持續發展和國家安全作出更大的貢獻。

 

“時刻想着如何與應用相結合”

記者:回顧您的科研生涯,如果請您談談您最引以為豪的一項研究,您覺得是什麼?

張洪傑:最讓我引以為豪的是稀土環保着色劑的研究,從研發到產業化經歷了一個漫長的過程。稀土環保着色劑可廣泛應用於橡膠、塑膠、塑料、油漆、油墨、繪畫、陶瓷、印泥、化妝品、皮革及塗料等領域,具有巨大社會意義和經濟價值。由於可以替代目前市場廣泛使用的有毒有害的有機着色劑和含鎘、鉻、鉛等重金屬離子的無機着色劑,稀土着色劑在2016年被列入科技部、工信部和環保部聯合頒佈的《國家鼓勵發展的有毒有害原料產品替代品名錄》。在稀土着色劑被列入名錄後不久,我們就完成了研發,非常地及時地解決了國家發展的技術瓶頸。

這項研究是我們遇到困難最多的一項研究。我帶領團隊從2001年開始從事這項研究,總共歷時16年。國際上採用的着色劑傳統制備方法,大多使用有毒有害或易燃易爆氣體,生產過程能耗高,設備損耗大,產量低,成本高,不能實現產業化。我們團隊在國際上首創稀土着色劑合成的新方法和技術,打通了連續化、規模化生產工藝技術瓶頸,於2016年底在包頭建成了世界首條稀土着色劑連續化、規模化隧道窯生產線,成功地實現了產業化。我們的成果入選2017年中國稀土十大科技新聞和中國科學院2017年度六項科技成果轉移轉化亮點工作之一。

往往一項研究歷時越長,遇到困難越多。作為科研工作者,要有報效祖國的使命感,以及默默奉獻持之以恆的精神,才能攻克種種技術難關,才會“山重水複疑無路,柳暗花明又一村”。如果中途遇到困難就輕言放棄,那麼國家亟需解決的技術瓶頸就無法突破,堅持到底才能勝利。

記者:化學是非常重要的基礎學科,您覺得做基礎研究有什麼特別的地方,或者説更難的地方?您又是如何突破的?

張洪傑:做基礎研究最難的就是始終保持着飽滿的熱情,基礎研究的過程往往很枯燥,可能即使付出了許多努力也得不到理想的結果,在遇到困難時就很容易失去信心。能在自己的研究一籌莫展時還保持着旺盛的精力,繼續堅持自己的研究並能解決遇到的科學和技術問題才是最難能可貴的。

古人説:“學以致用”,我覺得即使做基礎研究,也要時刻想着如何與應用相結合。科研成果產業化遇到的問題與基礎研究息息相關,基礎研究做得越踏實,對應用研究越有利。我們在成果轉化過程中如果要做原創型創新或者填補國內空白,會遇到許多意想不到的困難。我的體會是貴在堅持,持之以恆,“有所發現,有所發明,有所創造,有所前進”,才能實現從基礎研究到產業化的跨越。

記者:您和您的團隊目前有哪些研究已經投入產業化應用並取得了成效?您對科研成果如何走出實驗室、真正實現產業化有哪些心得?

張洪傑:我們團隊有5項成果實現了產業化,其中兩項科研成果即高超風洞測温用稀土發光材料和航空航天及兵器用稀土鎂合金材料,打破了西方發達國家的封鎖和禁運,滿足了國家重大戰略需求。另外三項科研成果成功地用於國民經濟領域,實現了產業化,包括稀土交流LED燈用產品、稀土環保着色劑、稀土鎂合金汽車零部件,已累計創產值超過20億元。

舉一個例子,我們團隊聚焦最具發展前景的高效照明產業,研製出稀土交流LED發光材料與器件。我們與四川新力光源股份有限公司攜手攻關,鎖定稀土長餘輝發光材料,從源頭上解決了交流LED頻閃的世界難題。我們着手解決的難題要填補國家的空白,在國際上也鮮有人解決,其難度可想而知。從調研、理論分析、方案設計到實驗生產,每個環節都舉步維艱。

經過近七年的協力開拓,新一代交流LED照明技術及產品終於問世。中科院鑑定專家組認為:“該成果實現了從基礎研究到產業化的跨越,達到國際領先水平,使中國成為世界上唯一掌握通過稀土熒光粉生產低頻閃交流LED產品的國家”。目前,研究成果已獲得4項中國發明專利授權,27項PCT專利獲國際授權,構築了自主知識產權體系。9大系列室內外照明產品已通過國家及美國保險商實驗室(UL)、美國聯邦通信委員會(FCC)、歐洲統一(CE)和歐盟環保(RoHS)等認證,銷往美國、加拿大、墨西哥、西班牙、巴西等多個國家,銷貨額已超10億元,取得顯著的經濟和社會效益,榮獲澳大利亞金袋鼠世界創新獎。

科研成果要想走出實驗室、實現產業化,不僅要有很好的科研團隊,而且要有具備戰略眼光的優秀企業家團隊,團隊之間密切配合、產學研深度融合是成功的關鍵。

 

來清華開拓更創新的研究領域

記者:您博士畢業後就一直在中科院長春應用化學研究所工作,為什麼選擇來到清華?

張洪傑:我對清華的印象非常好,清華不僅是國內外頂尖的學府,也是管理一流的大學,不僅充滿創新活力,也是温馨的家園。清華大學建校至今,已經形成了獨特的魅力和深厚的文化底藴。清華秉承着“厚德載物、自強不息”的校訓,百餘年來,它的精神滋養着一代代清華人,也在不同的時代背景中被賦予了新的內涵,其中不變的是愛國奉獻、追求卓越的精神。所以當清華邀請我加盟的時候,我毫不猶豫地選擇了清華。我想借助清華的廣闊平台,把我們的科研成果轉化為生產力,為經濟社會發展作出更大的貢獻。

記者:您在清華已經進行了怎樣的探索?未來有什麼樣的目標和規劃?

張洪傑:最近我們團隊在清華製備了新型稀土納米晶的熱致介晶相,在無溶劑下該介晶相具有長程有序行為,並獲得了極化熒光性能,有望實現稀土納米材料長程有序組裝和柔性加工,在新一代微型智能光電器件領域將有潛在的應用前景。

未來,我們計劃開展稀土與生物領域交叉基礎與應用研究,聚焦稀土發光材料在腦重大疾病診療的應用探索,推動輕質高強稀土生物蛋白纖維材料的基礎研究與應用,發展形態和結構可控的稀土基生物用粘合劑和皮膚修復材料,結合稀土元素與DNA發展新型協同信息編碼和存儲材料的研究。

另外有4項科研成果擬藉助清華的平台實現產業化,包括稀土交流LED補光燈(蔬菜、水果、農作物等),稀土環保着色劑,高粘合生物醫用稀土蛋白膠水,以及用於國家安全的稀土高端材料。

記者:您是稀土資源利用國家重點實驗室的主要創建人,並集合了非常優秀的團隊。在團隊建設方面您有哪些體會和規劃?

張洪傑:1996年我擔任中科院稀土化學與物理重點實驗室主任,2007年我們成功地進入國家重點實驗室的行列。二十多年來培養和引進了一大批優秀的年輕人。當今世界科技進步日新月異,人才競爭日趨激烈,世界科技大國的競爭歸根到底是人才的競爭。只有全面提升隊伍建設和人才培養水平,才能推動科教興國,才能真正實現從中國製造向中國創造的轉變,進而為中華民族偉大復興和人類文明進步作出更大的貢獻。

來到清華後,希望能招聘3-5名優秀人才,成立稀土功能材料研究中心。在加強基礎研究的同時,注重科研成果轉化,與校企強強聯合,實現產業化,為經濟社會貢獻力量。

 

“讓每位學生髮揮最大潛能”

記者:之前採訪了您的團隊成員,在他們心中,您是一位對學生和藹可親但是要求嚴格的老師,經常鼓勵大家開展跨學科的研究。您覺得培養學生哪些方面的能力最重要?在培養學生方面您有哪些心得?

張洪傑:培養學生最重要的還是獨立思考能力、動手能力,交流能力。在研究生階段,論文題目選定之後,就需要提出自己的看法和想法,對遇到的科學問題提出可能的解決方法,這都需要獨立思考能力以及良好動手能力來實現。交流能力也很重要,從事科學研究需要相互交流,相互學習,相互借鑑,共同提高。在交流中,大家通過思維碰撞,發現自己的問題,為自己的研究進一步開展提供新的想法。

培養學生要注重因材施教,不同的學生因為成長環境、接受的家庭教育和學校教育不同,養成了不同的性格,也具備不同的能力。在培養學生獨當一面地解決科學問題的過程中,不要抹去他們身上原有的閃光點,不要把所有學生都進行模式化培養,而是要讓每位學生髮揮最大潛能,展現出最好的自己。人盡其才,才能培養出人才。作為一名老師,要有社會責任感,不僅要把好學生培養得更加優秀,還要把相對落後的學生培養好,讓他們成為有用的人才。

記者:您會如何向想要進入化學學科學習研究的學生或年輕者描述當下化學學科?

張洪傑:化學學科已經有200多年的發展歷史,在發展中逐漸完備,形成如無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學與物理、化學生物學等眾多二級學科,成為科學體系中不可或缺的重要一環。化學是研究物質變化的科學,在變化中創造出新物質,改造豐富了現有的物質世界,化學學科的成果已經走進日常生活的方方面面。當前各學科都在快速發展中,化學學科也日益彰顯出與其他學科之間的聯繫。只有在學科交叉中借鑑發展出化學學科的新方向、新理論,才能把握化學學科發展的新機遇。

記者:您對有志從事科學研究工作的年輕人有什麼建議?

張洪傑:從事科學研究要保持嚴謹的態度,做科研是一件十分嚴肅的工作,來不得半點的馬虎,一處小小的不注意,可能就會導致最終結果的準確性出現偏差,所以做研究要兢兢業業。對於新問題不要畏懼,要敢於去嘗試,有解決問題戰勝困難的信心,就像學習游泳一樣,不下水永遠也學不會。同時,科學研究並不會一直順利,要保持平和的心態,遇到困難時不要氣餒,不要因為一時的失敗就選擇放棄,要靜下心來分析原因、解決困難。另外,還要做好規劃,設立長期目標與階段目標,長期目標可以是未來幾年科研工作的規劃,階段目標可以是對某一課題或某一想法的實施方案。明確了目標就有了努力的方向,在開展研究工作時,向着自己的既定目標前進,不被其他事所分心,持之以恆,定能成功。

編輯:呂婷

審核:程曦

2020年08月28日 14:36:16  清華新聞網

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