作者:陈欢欢 任芳言 来源: 中国科学报 发布时间:2020-6-4
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小微球托起海洋梦
——记2019中科院年度创新人物张敬杰

2018年“深海勇士”号出征前,张敬杰在三亚。中国科学院理化技术研究所供图

 

■本报记者 陈欢欢 见习记者 任芳言

8000米、9000米、10000米!

这是“万泉”号深渊着陆器首次下潜到达的深度。随着它的下潜,中国科学院理化技术研究所(以下简称理化所)研究员张敬杰的心提到了嗓子眼。

“万泉”号是我国首个采用全国产浮力材料的万米深渊着陆器,张敬杰团队正是这一材料的提供者。

身在北京的她,因为通信滞后,比在现场更为紧张:浮力材料能否承受住万米海底压力?能否顺利上浮?就算实验验证已接近完美,但谁也无法保证海试万无一失。一旦失败,装备可能失联,许多人数年的努力将付之东流……直到科考队发来消息说浮力材料相当给力,张敬杰的心才终于落了下来。

2017年3月23日,骄阳下的三亚港码头,人声鼎沸,中国科学院深渊科考队顺利回港。在此次综合科考中,“万泉”号20次挺进10800米深的海底,作业时间超过90小时。这宣告着,国产万米级浮力材料过关了!

看到“万泉”号在万米深海驰骋,难以抑制的自豪感涌上张敬杰的心头。为了这一天,她奋战了10多年。

白手起家

张敬杰和导师宋广智从上世纪90年代开始进行微米级无机非金属球形粉体的研究,迄今已有20多年。

回想起早期“原始”的科研条件,张敬杰印象深刻——由于没有高温设备,张敬杰搬来自家的煤气罐,和老师一起手工制作了简易喷枪烧制球形粉体。

空心玻璃微球是一种轻质无机非金属多功能材料,不仅密度小、导热系数低、介电常数小,还具有机械强度高和耐腐蚀等优良性能,应用极为广泛,大到航空航天,小到护肤品,无处不在。但是,由于其奇特的几何形貌——微米尺度的薄壁完美空心球体技术含量极高,高性能产品被国外少数公司垄断。

2004年,导师退休后,张敬杰接棒担任课题组组长,带领科研团队继续进行技术研发。其间,他们成功实现了空心玻璃微球在油田开采、隔热保温等行业的技术转化。

为进一步提高空心玻璃微球的强度,2012年冬天她带领团队奋战在北京通州基地,吃住在没有暖气的车间里,连续工作了4个月。

“那个冬天格外寒冷,早上起床第一件事是烧一壶热水,把冰化开,才能配溶液、做实验……”张敬杰回忆,经过此次技术攻坚,微球的强度大大增强了。

2014年,张敬杰又带领团队投入到河北廊坊中试基地的建设中。

就这样一步一个脚印,经过十多年的技术攻坚,理化所突破了一系列科研难题,实现了空心玻璃微球和浮力材料的量产,使得我国成为继美国之后,第二个能提供高性能空心玻璃微球产品的国家。

从原始创新到示范应用,张敬杰用十几年时间走通了这条路。

虽然经历许多波折,但张敬杰认为:“现在回头看,再艰辛的付出都是值得的。这一切都来源于继承和坚持。”

托起“深海勇士”

2012年,我国第一台载人深潜器“蛟龙”号下海时,固体浮力材料全部来自进口。张敬杰的梦想,是打破这种被动局面,用国产材料取而代之。

“21世纪的海洋是大国角力的战场。大规模开发利用海洋必须有高端海洋装备和材料支撑,否则一切都是空谈。”张敬杰表示,固体浮力材料是深潜器六大关键技术之一,由空心玻璃微球加上树脂基材通过混合和热固化形成。这种复合材料必须又轻又强,才能既提供浮力,又承受海底高压。

2013年,张敬杰团队自主研制的固体浮力材料模块在南海进行了长达155天的海试,样品吸水率小于1%,性能达到国际先进水平。这标志着我国掌握了4500米浮力材料的关键核心技术,但离实现量产仍有较大距离。

2015年,机会和挑战同时到来。理化所接到了为我国第二台载人深潜器“深海勇士”号提供浮力材料的任务。虽然“时间紧、任务重”,但张敬杰说:“在国家的重大需求面前,我们只有一个理念:勇于担当,责无旁贷!这也是中国科学院人存在的意义。”

为完成这个任务,理化所紧急调配了河北廊坊园区场地,中科院先导项目匹配了部分经费。为缩短研究周期,团队一边科研一边生产,工作量巨大,失败也是一个接一个,前期每天都在打击中度过,望着堆成小山的废品,张敬杰给团队打气:咬牙坚持,胜利就在眼前!

终于,2016年12月,张敬杰团队按时交付了固体浮力材料,助力“深海勇士”号国产化率达到95%,是当之无愧的自主创新成果。

2018年8月,“深海勇士”号成功下潜到4500米的海底。“终于可以睡个安稳觉了!”得到消息后,整个团队欢呼雀跃:中国在固体浮力材料制备上,再也不担心受制于人。

中国工程院院士、“蛟龙”号总设计师徐芑南评价认为,张敬杰团队的工作“为我国深潜器系列化发展提供了强有力的支撑”。

温柔的坚持

接触过张敬杰的人往往都会用“温柔”形容她,她的团队成员则更正为“柔而不弱”。

要把一种新材料从无到有研究出来并实现量产,这注定是一条艰辛的路。团队成员严开祺表示,研发过程中,无论软件还是硬件都遇到很多困难,张敬杰面对困难却充满信心,没有设备,自己动手研制、改造;没有厂房,到郊区去租;没有测试仪器,去其他单位借用;没有检测平台,自己建……

张敬杰身上的标签还有很多,比如“坚持”,比如“专一”。

刚工作时,许多同事都选择出国深造,张敬杰却一直留在国内跟随导师做连续性研究。她说:“关键核心技术是要不来、买不来的,只能靠自己。”

在合作伙伴眼中,张敬杰是谦逊的实干家。

“张老师说话细声细语,完全没有架子,但责任心很强,每次压力试验她都在现场,出问题时亲自解决,需要调整方案时二话不说就去改,遇到阻力从来不放弃。”中国科学院深海科学与工程研究所工程师李俊告诉《中国科学报》。

想当“第一个吃螃蟹”的人并不容易。中国科学院深海科学与工程研究所副研究员陈俊透露,“万泉”号第一次下水前,为了保险起见,团队曾考虑一半用进口材料、一半用国产材料,但最终的实验结果让他们下定决心全部使用张敬杰团队研制的国产材料。

“她自信,但不自负。敢于实践,这样才能真正找到科学实验解决问题的关键。”宋广智说。

如今,越来越多的企业加入深潜浮力材料领域,越来越多的单位开始选用国产浮力材料,张敬杰希望在不远的将来,我国可以形成完整的深潜装备产业链。

除了深海装备,张敬杰认为,空心玻璃微球的下一个技术爆发点可能在能源利用、信息通信等领域,她的团队将继续专注于这一技术及其应用。

能够解决国家所需,让祖国更加繁荣富强,张敬杰说,“这是我们科研人最大的荣耀!”

 

 

《中国科学报》 (2020-06-04 第1版 要闻)
 
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