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“中国制造”最年轻中科院院士卢柯

    2003年11月24日,中科院院士增选结果揭晓,中科院金属研究所研究员、37岁的卢柯成为改革开放以后当选的最年轻的中科院院士。而且,值得骄傲的是,纳米专家卢柯是地地道道在中国打造出炉的。

    Nothingisimpossible(没有什么事情是不可能的)!

    20世纪90年代,一个新的词汇走进人们的日常生活中,它所涵盖的意思既时尚又神秘,它就是纳米。其实,关于纳米的真正意义,对于我们行外人来说,还是一个极其模糊的概念。

    “纳米”是英文 namometer的译名,是一种度量单位,一纳米即一米的十亿分之一。纳米结构通常是指尺寸在100纳米以下的微小结构,纳米技术则是一种在0.1~100纳米尺度范围内,用单个原子、分子制造物质的技术,它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。

    20世纪80年代初期,德国科学家葛莱特研制出一种黑色金属粉末(实验表明,任何金属颗粒,当其尺寸在纳米量级时都呈黑色),并制备出了第一块纳米金属样品,纳米材料由此诞生。

    纳米材料一经问世,便以其异乎寻常的特性引起了材料界的广泛关注―――纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍;气体通过纳米材料的扩散速度比通过一般材料的扩散速度快几千倍……

    这些奇异的现象引起材料科学家们的极大兴趣,他们不知道,如果把实验室里的现象变成日常生活的现实,用纳米材料做成汽车、做成房子,生活会发生怎样一种神奇的改变。他们钻进实验室,幻想着自己能够找到纳米材料的新的制备方法。纳米材料也因此成为当前最活跃的科学前沿之一,各国材料学家都将其作为主攻目标进行研究。

    1985年,卢柯从华东工学院(现为南京理工大学)毕业,来到中科院金属研究所攻读硕士学位。卢柯在华东工学院上的是机械制造工程系金属材料及热处理专业,他最喜欢的课程是《金属学》与《金属材料的热处理》,也就是说,从那时开始,他便跟金属结下了不解之缘。直到现在,经常读的还是传统的物理、冶金、金属学方面的书。

    1988年,金属所计划送卢柯去日本读博士。这让同学们好生羡慕。那时,金属所里的一个研究员的月工资不到130元,而国外同行的月收入至少2000美金。留在金属所,还要面对结婚、生子的具体问题。所里有多少人在排队等着要房子,师兄师姐们能拿到一个10平方米的小单间的钥匙就欣喜若狂了。但卢柯的举动却让大家百思不得其解:他要留在金属所读博士。

    他的理由是:科学研究是靠人来做的,能不能做好,取决于人的能力。最好的工作不一定非要在最好的条件下才能做出来,有时候简陋的条件反倒更能激发人的创造力。放射学之父卢瑟福就是在简陋的实验室里用最简单的设备从事放射性研究的,这说明非凡的创造力和敏锐的科学直觉在科学研究中是更重要的。虽然就整体科技发展水平而言我国是落后的,但就局部来说,有些方面不一定比国外差。金属所具有良好的仪器设备和科研环境,在国内同样能得到发展。

    此后,他一路读博士、当研究员,30岁的时候已经是博士生导师了。卢柯在攻读博士学位期间,先后在国际学术刊物上发表了十几篇论文,修正了被引用10年的英国科学家斯考特等人确定的Ni�P非晶合金晶化产物间的位向关系,并提出非晶态金属的新的晶化机制,被专家们称为是“非晶态金属晶化方面近十年来的好文章”。1989年,卢柯荣获首届“中国科学院院长奖学金特别奖”。

    进入20世纪80年代,国际纳米界不断爆出新闻:继德国的葛莱特用原位蒸发冷压成型法制备出纳米材料后,俄国的瓦列夫采用等通道挤压法也制备出了纳米材料,此后,人们不断地尝试用各种手段制备致密、无孔洞、无污染的纳米材料。

    1990年,正在攻读博士的卢柯在美国的《J.Appl.Phys》及《ScriptaMetall.Mater》杂志上发表论文,提出了制备纳米晶体的一种新方法―――非晶完全晶化法。该方法具有工艺简单、晶粒度易于控制、界面清洁且不含微孔洞等优点。1994年,国际学术刊物《Mater.Sci.Eng.Reports》邀请卢柯撰写关于非晶完全晶化法的专题综述,这意味着该制备方法在国际纳米材料界得到了同行的广泛认可,意味着我国在纳米材料的研究领域迈进了国际先进行列。卢柯因此荣获国家、院、省20多项奖励。

    大学老师对卢柯的评价是:有一股钻研到底的劲头;有很强的独立思考和自学的能力;做事很有计划性。

    大学同学说,卢柯是个不喜循规蹈矩的人,卢柯的一个经典段子现在还经常让同学们拿出来乐一乐:卢柯喜欢运动,上大学时好踢足球。当时他打后卫,可是不安分,踢着踢着就跑到中场了,再踢着踢着,又冲到前面去射门了。大家回头一看,不好,后卫没了,赶紧把他叫回去。现在的卢柯喜欢打网球,每周都抽出时间跟专业水平的人打一两次。卢柯说,网球运动给了他很多灵感。

    自打上大学,卢柯就给自己制定了严格的时间表和工作计划,以非常人的工作节奏始终跑在别人的前头。十几年来,他一丝不苟地走在自己的行程中,不受任何外界的干扰。虽然他现在成了媒体追逐的名人,但依然故我。

    卢柯说,自然界是公平的,它给每个人的时间是一样的,做了这个,就不能做那个。有的人活得很轻松,一天的活儿用两天的时间干,我则希望用半天的时间就能把一天的活儿干完。如果这样算来,我干一天的活儿等于别人干两天的活儿。我在金属所干了18年,等于干了三四十年的活儿,那么,我37岁当院士,这样算起来也并不年轻。

    生活―事业―身体不可能同时都得到,只能有所取舍。十几年来,晚上10点之前卢柯很少下班。女儿已经12岁了,到现在,她还是不厌其烦地追问他:“爸爸,你为什么总是加班?”“你什么时候回家呀?”

    1997年,32岁的卢柯担纲“快速凝固非平衡合金国家重点实验室”主任。先后三次赴德国马普金属研究所任客座教授,又先后两次赴美国维斯康星大学材料系任客座教授。

    2000年,卢柯课题组在实验室里又获得了新的突破:发现了纳米金属铜在室温下的“奇异”性能―――即纳米金属铜具有超塑延展性而没有加工硬化效应,延伸率高达5100%。

    论文在国际权威刊物《科学》上发表后,获得世界同行的普遍好评,纳米材料的“鼻祖”葛莱特教授认为,这项工作是“本领域的一次突破,它第一次向人们展示了无空隙纳米材料是如何变形的”。

    传统金属材料在加工过程中易出现裂纹甚至发生断裂。如何使金属具有超塑性―――可承受很大的塑性变形而不断裂,成为各国材料学家面临的一道难题。10年前,葛莱特教授曾预测:如果将构成金属材料的晶粒尺寸减小到纳米量级,材料在室温下应具备很好的塑性变形能力。但是多年来,尽管预测得到了计算机模拟结果的肯定,各国材料学家的实验结果却令人失望:孔隙大、密度小、被污染等因素使绝大多数纳米金属在冷轧中易出现裂纹,塑性很差。

    专家指出,“奇异”性能的发现,缩短了纳米材料和实际应用的距离,意味着和普通金属力学性能完全不同的纳米金属,在精细加工、电子器件和微型机械的制造上具有重要价值。

    这一新的研究成果被评为“2000年中国科技十大进展新闻”之一。一个老科学工作者说过这样一句话:科学研究就是把一个个美丽的幻想变成残酷的现实,只有上帝的亲生儿子才能品尝到成功的滋味。此话虽不无幽默,但表达出的既是一个科学工作者对科研工作的深深敬意,也流露出几丝无奈。这么多美丽的幻想在卢柯的手下变成了一个个美丽的现实,他无疑是最受上帝宠爱的人了。但卢柯说,你们所看到的成绩只是我1%的工作,其余99%都是失败,都是残酷的现实。在我过去的研究中,经常会走到几乎坚持不下去的时候。

    那时候你怎么做?我问卢柯。

    他说,勇敢地承认自己失败了。失败了,就放弃了,再换一个思路接着干。当然,这中间有一个心态调整的过程,但是必须调整到一个好的状态,重新开始。失败其实是科学工作的常态。

    跳高比赛是以失败而结束的,科学工作则是用一次次的失败来铺路,以成功作为新的起点。当你有了一个灵感,钻进了实验室里,半年,十个月,一年,甚至两三年下来才有了结果,可结果与你预想的完全不一样,当然沮丧极了。但我们的工作就是这样,

    你可以沮丧,可以暂时地消沉,但你不可以放弃你的目标。失败了,证明这个思路不对,从某种角度看,它就是你到达终极目标的一个过程。我经常对我的学生说,对自己的思维一定要有极强的信心,Nothingisimpossible(没有什么事情是不可能的)!

    谈到现在市场上出现的纳米涂料、纳米内衣、纳米电视等等,卢柯说,那只是应用了纳米的一些性能,但远远不是纳米技术给我们带来的所有的东西。比如,一个桌子涂上了纳米油漆,它可以杀菌了,可以没划痕了,它只是改进了桌子的一些功用性能,但作为桌子的功能没有任何改变,它还是用来工作的,用来吃饭的。但如果它的全部材料都是由纳米材料制作的话,那就是另一回事了。它究竟会发生什么变化?有多么神奇?我也不知道。这就如同1912年英国科学家亨利・布诺雷在实验室里研制出不锈钢的时候,谁也不知道它能用来做什么。不锈钢是40年以后才得到应用的,现在,它已经成了我们日常生活中不能缺少的东西了。其实,纳米技术的应用涉及到许多方面,我们生活的方方面面都有可能因此而发生改变。它是一项十分具体的新技术,但有一点可以肯定―――它能做我们以前无法做到的事情。当然,任何一件事情,都有正反两个方面,纳米技术也一样,它的可怕的一面就是,谁也不知道它到底能发展到哪一步。

    它太小了,小到可以进到毛细血管。它到底能做什么,我们无法想象,我也想知道,这就是我现在正在做的事情,这也是我十几年来一直Enjoy(陶醉)在里面的原因。

    谈起材料来,卢柯就会充满激情。

    破铜烂铁带给我无限乐趣2004年4月15号,金属所公告栏里发布了一则消息:晚7点研究生大厦举办青年论坛―――与卢柯院士面对面。

    面对面的谈话分两个内容:讲课和答疑。

    卢柯讲课的题目是:“关于做材料研究”。开讲之前,他放了一张幻灯片,墙幕上有桥梁、飞机,还有网球拍。他说,前几天有个新闻:2006年底空中客车380将飞抵上海。为什么这样一件事就能变成新闻呢?因为在2002年之前,世界上最大的飞机是波音747,它的载客量是400 人。而空中客车公司要上马的380,是双层飞机,载客量达到800人,而且还可以洗澡,飞行速度不减。目前,国际航空客运的吞吐量是3个亿,而且,每年还在以5%的速度增长,也就是说,20年以后,航空客运的吞吐量有可能突破10个亿,那时面临的一个最大挑战是,飞机场不够用了。解决的办法有两个:一个是扩建机场;一个是做大飞机。

    做大飞机最大的难题是飞机的重量要减轻。380的机翼长度是747的1.5倍,又增加了一倍的人。既要飞得动,又要保持速度,只有在材料上想办法。为什么空中客车公司现在能够上马380?因为研制出了一种做飞机的轻型材料:铝基复合材料。

    ……

    卢柯的语言表达方式极为风趣,报告厅里始终充溢着振奋而激昂的气氛。坐在台下的不光是年轻的学生们,还有白发苍苍的老者。

    在国际纳米界,卢柯从最初发展了一种制备金属纳米材料的新方法―――非晶完全晶化法,到2003年利用金属材料的表面纳米化技术解决金属材料表面氮化问题取得的新突破,其声望与日俱增。1998年国际亚稳及纳米材料年会(ISMANAM)授予卢柯博士ISMANAM金质奖章,以表彰他对这一新兴领域的杰出贡献。他先后当选为国际纳米材料委员会委员、国际亚稳及急冷材料委员会委员,在《纳米材料》等四种国际学术期刊任职,并多次担任国际学术会议主席。

    NOGPQRSTU=O;VVW

    一个老科学家说卢柯是一个“科学地从事科学研究的人”,他知道怎样生活,不读死书不死啃书本;他耐得住寂寞,懂得怎样去选择研究方向。

    做材料研究最难的事情是找问题。学生们经常问卢柯的一个话题就是,我怎么样能找到问题?卢柯告诉他们,实际上,问题全在书里面,全在具体的工作中。问题是已知的,要学会在已知和未知之间找到突破口。到实验室去做,找别人交流、讨论,火花是撞出来的。

    卢柯始终认为,科技的发展很大程度上取决于人的思想观念的发展,尽管在中国做尖端科研的条件与国外比有不小的差距,但能不能做好主要取决于人,人的作用是至高无上的,没有什么东西可以替代。

    做材料研究需要将智慧和经验有机融合,要有好的观念、意识、品位和使命感,要对自己的思维有极强的信心才行。创造力在这里起着非常重要的作用。怎样才能发挥出自己的潜能,保持旺盛的创造力?

    ―――改变你的思维方式,想别人之不敢想,做别人之不敢做!IBM 的两个“疯子”非要在陶瓷里找超导,结果,他们找到了,把超导的临界温度从十几度提高到几十度,获得了诺贝尔奖。

    卢柯的好成绩也同样是用这种思路做出来的。2003年1月,《科学》杂志发表了卢柯等人的一项最新科研成果:将铁表层的晶粒细化到纳米尺度,其氮化温度显著降低,这为氮化处理更多种材料和器件提供了可能。这是卢柯科研小组取得的又一个突破性进展。

    表面氮化是工业中广泛应用的一种材料表面处理技术。在表面氮化过程中,材料或钢铁的表面氮化处理往往需要在较高温度下(高于500℃)进行,处理时间长达十几个小时,不仅能耗高,更重要的是,许多材料和工件在如此高温下长时间退火后会丧失其基体的高强度或出现变形,因此,表面氮化技术的应用受到很大限制。大幅度降低氮化温度是长期以来表面氮化技术应用中必须解决的重要技术 “瓶颈”。

    2004年1月12日,“我国金属材料表面纳米化技术和全铜金属纳米团簇研究”被评为“2003年中国十大科技进展”之一。

    2004年4月16号,《科学》杂志又发表了一篇卢柯课题组关于超高强度和高电导率铜的文章。

    卢柯幽默地说,“我们2000年讲了个铜,2002年讲了个铁,说的都是破铜烂铁。”的确,十几年来,卢柯就是在和铁和铜打交道,他取得的一系列成果都是在“破铜烂铁”里发现的。所以,没有什么事情可以说,别人都做过了,我没戏了。他做了,我们还有机会,我们要在他的基础上发展。

    Gameisneverover(游戏永远没有结束)!

    1965年,卢柯出生在甘肃华池,那是个山区,直到去庆阳一中念书,他才从山区走出来。16岁时,他以高过甘肃省录取分数线60多分的成绩考上华东工学院。

    小时候的卢柯是个聪明孩子,但是调皮,10岁的时候,卢柯从2米高的梯田上头摔下来,摔得头昏呕吐。当时正流行肝炎,母亲以为他得了肝病,结果治了几个月也不见好转。看到母亲着急的样子,卢柯只好坦白了自己的“劣迹”。

    卢柯身上的那股不信邪的劲头,在他小时候就显现出来了。上小学的时候,班上有个同学是哑巴,大家都不愿意带他玩,还欺负他。但他总是跟着卢柯。邻居们对卢柯的母亲说,别让你儿子跟哑巴在一起吧,母亲也经常为此规劝他。但卢柯想,如果不带着他,就没人跟他玩儿了,他还要受别人的欺负,还是跟他在一起吧。上课的时候,俩人坐在一起,老师在上面讲,卢柯在下面同声“翻译”给他听。在卢柯的传授下,哑巴认识了不少字。他们用笔、用手势、用表情,甚至一个眼神就能让彼此心领神会。他们在一起呆了大约3年,直到哑巴退学,干了些不大不小的坏事,而且颇具创造性。

    母亲对卢柯的影响非常大,在卢柯的性格中,深深地烙下了母亲教育的痕迹。6岁的时候,父亲受迫害关进监狱,长达7年。母亲用每月38.5元的工资,在甘肃偏僻的山区里,无亲无故,无依无靠,养育着3个孩子。10岁那次摔伤造成卢柯严重的脑震荡,记忆力受损。母亲领着他到处求医,后来,把他带到河南的一个老中医那里。直到上大学,他的药还没停下来。现在,卢柯和他的父母生活在一起,这一点让卢柯最感欣慰。

    Gameisneverover(游戏永远没有结束)!2001年,卢柯被中科院任命为金属研究所所长。当了金属所所长的卢柯称自己是个大班长,带领着一个团队。谈起金属所来,卢柯可谓一往情深。

    卢柯的目标是,把金属所打造成中国材料界的“黄埔军校”现在的金属所,大多是80年代以后成长起来的研究生、博士生,70年代和以前参加工作的人已经很少了,年轻人成了主流。而且,主流的人成就越来越大,给后面跟着的人很大的鼓舞,形成一个好的氛围,这一点非常难得。国家自然科学基金委杰出人才基金获得者是一个很高的荣誉,一般单位在一个专业领域只有一两个人,当有两个人的时候,情况往往就变得复杂了。但在中科院金属研究所里,杰出人才基金获得者共10个人,在卢柯领军的国家实验室里就有7个人,这在一般的科研机构是难以做到的。而且,他们在工作中相互支持、配合,关系非常融洽。

    卢柯科研小组经常召开 Group Meeting(小组会),卢柯把他们的GroupMeeting称做打仗,老师打,同学打,打得不可开交,许多灵感的火花就是在一场场战斗中迸发出来的。

    卢柯一直教育他的学生,不要以为在《科学》杂志上发表了论文就是成功。你只要做了,而且做到最好,你就是成功的。比如,前一段时间,课题组的一个实验员评上了高级实验员。这个位置虽然很普通,是为别人服务的,但他做到了最好,这就是他的成功。他教导学生们,一定要让自己的目标与自己的能力相符合,实实在在地去做事,科学来不得半点虚假。

    卢柯所领导的小组被世界同行专家誉为纳米材料方面的几大研究小组之一。1999年,又被德国马普学会和中国科学院共同确立为马普青年科学家伙伴小组,卢柯也成为国际纳米材料委员会唯一的中国籍委员。卢柯所取得的成就向国人证明了:扎根国内做科研同样可以做到最好。

    自从1995年成为博士生导师以后,卢柯已经培养出博士及硕士研究生39人。卢柯称赞他的学生们整体素质好,特别是有一个很好的氛围,他们用功,老同学帮助新同学,形成一种非常和谐的合作关系。

    在看待学生们出国的问题上,卢柯有自己的看法。他说,现在的科研需要协同作战,学生们在不同的实验室里,能听到不同的声音,看到不同的现象,收集到大量的信息,如同开辟了多个战场,有多个视角,这比关在一个实验室里要好得多。

    卢柯承担了多项国家重点科研项目,获国家专利和国际专利24项;在国际重要学术刊物上发表论文240余篇,有关论文被《科学》杂志引用达1400余次;并26次在国际会议上作特邀报告,多次在世界各地的大学、研究所做学术讲座。

    2004年3月30日,“2003年中国青年年度人物评选”在北京揭晓并颁奖,卢柯当选年度科学家。我们还是回到报告厅里,听听卢柯在“面对面”谈话结束时对学生们讲的一番话:现在是中国各个领域发展的最好时期,也给材料学的研究创造了最好的机会。中国工业化的进程对材料学科提出了许多严峻的、亟待解决的问题。比如在20个世纪90年代,镍的需求量开始上扬,镍的价格不断上涨,其中的原因就是中国的工业化。镍是用来做不锈钢的,工业化的显著标志就是需要大量的不锈钢。2003年,镍的价格已经达到历史最高水平,供需矛盾尖锐。其实,目前不单单是镍,所有的原材料都在涨价。如果不发展先进的材料,面临资源减少,价格上涨,中国的工业化成本将是非常巨大的。我们能不能拿出更新的技术,少消耗资源,少消耗能源,少污染环境?我们能不能做出环境友好的材料,研制出少产生或不产生二氧化碳的能源,来保护我们的环境?能不能研制出高质量、低成本的加工技术?现在,几个大国都制定了太空计划,太空技术的发展也对材料学科提出了新的课题。我们能不能研制出更先进的材料制造我们自己的火星探测器?制造我们自己的载人飞船?

    做材料研究是如此地令人激动,有那么多的事情等着我们去发现,去研究。

    你们刚才问我,为什么37岁就当上了院士?那是因为我进金属所了,做材料了。也许跟大多数人相比,做研究的兴趣更浓些。因为有兴趣就愿意干,愿意干就干得长了,干得长了,就有了成果,就当上了院士。的确,做材料研究是一个非常有乐趣的工作,但是只有那些真正有体会的人才能说,这是一件多么令人Enjoy的事情。我希望大家Enjoyyourresearch(享受研究的乐趣)。

 
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