【科學網】蘭州化物所固體潤滑實驗室:小衆學科大衆科學

在運動的世界裏,摩擦磨損無處不在,潤滑至關重要。伽利略號木星探測器在太空天線無法展開、某型號衛星掃描機構無法正常運轉;航空發動機主軸承異常磨損……都是潤滑失效導致。
 
潤滑,是個小衆學科,但它就像空氣和水一樣,是人類生存的必需品。沒有潤滑,運動的世界將寸步難行。
 
在我国的大西北,有一支强大的润滑团队——中國科學院兰州化学物理研究所(以下简称兰州化物所)固体润滑国家重点实验室(以下简称实验室),扎根兰州60载,在我国润滑学科奠基者陈绍澧、中國科學院院士党鸿辛、中国工程院院士薛群基、中國科學院院士刘维民及一批青年科学家等几代人的薪火相传之下,持续爲我国的润滑领域提供科技支撑。
 
在蘭州,創建固體潤滑學科
 
1957年,蘇聯發射了人類第一顆人造衛星,太空時代到來。在太空中,真空蒸發會使流體和半流體的油脂瞬間失效。而當時的中國還沒有固體潤滑這一學科。
 
在“支援大西北”的号召下,1958年,中國科學院石油研究所润滑等三个研究室的“108将”由大连西迁至兰州。其中的陈绍澧先生创建了固体润滑学科,并与一同来到兰州的党鸿辛等人一起,创建了中国的固体润滑学科,开始了固体润滑材料的基础和应用研究。
 
1965年,從山東大學畢業的薛群基來到蘭州化物所攻讀研究生,師從陳紹澧。他清楚記得,當時蘭州火車站的站台是幾根棍子支著油毛氈的棚子,蘭州化物所門前的南昌路是一條塵土飛揚的土路。“雖然條件不好,但大家的學習和工作熱情很高。”薛群基回憶,每天晚飯後都要到圖書館搶椅子,那裏是最好的學習地點。
 
1967年,中国第一颗人造卫星“东方红一号”进入研发关键阶段。然而,卫星天线的导电润滑材料技术成爲难题。爲了解决100℃至-100℃ 下短波天线的导电润滑问题,党鸿辛带领团队成员到北京科学仪器厂边研究边改进。历经艰辛,团队成功研制出一种新型固体润滑膜,解决了卫星发射信号传递的关键问题。
 
1970年4月24日,“東方紅一號”成功發射,《東方紅》的旋律響徹宇宙。這是實驗室聽從祖國召喚、科技報國的一個曆史性標志事件,迄今仍位列實驗室“光榮榜”的最前端。
 
從黃海之濱來到黃河之畔,實驗室面向國家“上天入海”的科研需求,成功研制了數十種性能各異的特種複合潤滑材料、潤滑脂、潤滑塗層等,參與了包括“兩彈一星”在內的一系列項目,爲祖國的多項重大工程的實施做出了重要貢獻。
 
這只是起點。60年來,實驗室一直重視人才隊伍建設,在時代發展的每個階段都有旗幟式的科學家,帶領這支隊伍不斷攻堅克難、再攀高峰。
 
在北京,被總書記表揚
 
1987年,經中科院批准,蘭州化物所“固體潤滑開放研究實驗室”成立,薛群基任實驗室主任。剛籌建時,實驗室只有12人、7間房、50台設備。發展到1999年,這支隊伍被科技部批准建立“固體潤滑國家重點實驗室”。
 
盡管條件艱苦,實驗室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汙降噪塗層等方面做出了大量成果,爲航天航空等領域的國家重點工程提供了數十關鍵的潤滑材料或潤滑技術,受到了黨和國家領導人的表揚。
 
2000年,實驗室接到了爲研制航空型號工程滑動軸承的任務,根據要求,軸承要能承受每平方厘米一噸以上的壓力。難度之高、壓力之大,薛群基等人恨不得住在實驗室。最後,經過團隊的晝夜攻關,終于研發成功。2004年,這一成果獲得了國家技術發明二等獎,也是潤滑學科當時獲得的國家最高等級科技獎勵。
 
1990年博士畢業後,劉維民像老師薛群基一樣留所工作,繼續從事潤滑研究。“立足于滿足國家戰略需求,國家需要什麽,我們就做什麽。”這是劉維民常對身邊的科研人員說起的一句話。
 
2003年的一件“大事”改變了時任實驗室主任劉維民的科研生涯。當時,我國唯一在役的風雲氣象衛星在超期服役狀態下發生了機械故障,問題就出在空間潤滑油上。此時的蘭州化物所已經有十年不生産航天潤滑油,大部分科研精力都投入在固體潤滑中。劉維民此前也未涉足航天液體潤滑領域,他立刻組織力量開展相關研究,團隊成員經常通宵達旦奮戰,需要5年才能完成的研發任務,他們僅僅用了不到2年就研發出了新型潤滑劑,並使其抗磨損性能提高了至少5倍。這次臨危受命給劉維民帶來很大觸動:“我們的研究應以滿足國家需求爲出發點,以我們掌握的知識技能爲基礎解決問題。”截至2018年,團隊陸續設計制備了氟氯矽油、氟矽碳氫油、聚烯烴取代環戊烷、直鏈全氟聚醚、離子液體等國際上種類最爲齊全的空間液體潤滑油脂,建立了比較完整的潤滑材料體系,支撐了我國航天事業的發展。
 
2017年,劉維民當選爲黨的十九大代表。在人民大會堂,當他在習近平總書記的報告中聽到天宮、蛟龍、大飛機等重大科技成果時,不禁心潮澎湃,這些重大工程中,用上了其團隊研發的六大類數十種潤滑材料技術。
 
在世界,創新貼上中國標簽
 
在建設創新型國家這一新的曆史時期,青年科學家們加入了服務國家戰略需求的科研主戰場中。
 
如今,刘维民的学生周峰研究員接棒固体润滑国家重点实验室主任。他告诉《中国科学报》,自己在英国剑桥大学求学的3年中,时常与老师畅聊学习生活状况、实验室的科研工作,并探讨润滑学科如何发展。“这种关心和情感的沟通使得我虽然身在异国,但始终觉得未曾离开。”周峰说。
 
2008年,周峰回到实验室,组建自己的团队并开辟新的研究方向——以仿生爲基本理念,发现并人工模拟自然界中的润滑组分结构,发明减阻材料。2015年,其主持完成的该方面成果获得国家自然科学二等奖。
 
“用创新方向,带动年轻人成长。”现在,周峰常帮助实验室的年轻人梳理研究方向。比如,蔡美荣副研究員设计的自约束凝胶润滑剂,颠覆了几千年来的润滑使用形式,在国际上开创了新的研究领域。
 
2013年,王鵬博士從德國馬普等離子體物理研究所博士後出站回到實驗室。剛開始時一度很迷茫,此時,導師劉維民提醒他關注極端環境如核環境下的潤滑。
 
“接觸之後我發現這個方向非常好,核泄漏事件70%由微動磨損造成,潤滑材料至關重要,而我國在這方面研究薄弱,産品依賴進口,我們實驗室要有曆史擔當,發揮國家戰略科技力量的作用。”王鵬說。
 
如今,王鹏和团队研发的固体润滑薄膜材料首次在托卡马克核聚变装置上成功应用,解决了远程遥操作机械臂关节轴承润滑的难题。未来,他们还将爲中国聚变工程实验堆提供整体润滑保障。
 
王鵬坦言,自己受老師影響很大,“老師在這裏默默奉獻了35年,言傳身教的告訴我們什麽是忠誠、什麽是使命,我從沒想過去別的地方。”
 
在劉維民看來,人才要放手去用。“1992年我還不到30歲,老師薛群基先生就敢讓我做實驗室副主任。我們實驗室的傳統是敢于用人,在實際工作中鍛煉和培養人才。”
 
“这里像科研的世外桃源,包容、宽松、信任、支持,大家可以踏踏实实、心无旁骛地做自己喜欢的事情。”周峰认爲,打造和谐奋进的科研文化是实验室几十年来能薪火相传、不断发展壮大的重要因素。
 
這樣一只能打敢拼的隊伍,先後5次在科技部組織的國家重點實驗室評估中獲得“優秀”。從基礎研究到應用研究,除了高技術領域産品,亦有很多成果進入工業應用。例如,經過十年磨一劍的努力,實驗室研發的潤滑材料曆經重重考驗,從配方到工藝全流程攻克技術難題,今年3月達到國際標准認證,可以在國産大飛機上批量應用。
 
“固体润滑是多学科交叉的边缘学科,需要从事它的科技工作者有强大的内心,有甘爲人梯、默默奉献的精神,有坚守心中理想不放弃的恒心。”兰州化物所所长王齐华如是说。
 
劉維民則說:“我國高端潤滑材料産品目前還基本被發達國家壟斷,我希望在2035年我國步入創新型國家前列之前,能看到中國在潤滑的衆多領域超越西方發達國家,真正走到世界的前列。”
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