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巾帼创新之星谈创新,勤奋、严谨才是本——访“首都女职工创新之星”材料学院王金淑教授

作者:新闻网学生记者杨欣梅 来源:新闻中心 时间:2007-03-20
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在今年我校的“三八”妇女节庆祝会上,被评为“首都女职工创新之星”的材料学院王金淑教授发表了题为“求实创新,爱岗敬业,做新时代知识女性”的演讲。

作为2004年度国家技术发明奖二等奖获奖团队的主要成员、第三届新世纪巾帼发明家新秀奖第二名获得者,王金淑教授用她的科研实践诠释着创新的真谛。

勤奋严谨,成就创新成果

1996年对王金淑老师来说是人生中非常重要的一个阶段,这一年,王老师在工大攻读博士学位,准备研究陶瓷材料。但看到有望替代钍钨材料的镧钼热阴极这个课题时,王老师对此产生了浓厚的兴趣:用氧化镧替代有放射性污染的二氧化钍,用塑性更好的钼代替脆性的钨,研制新型镧钼阴极材料,对电子管阴极的发展将具有跨越性的意义。但这种镧钼阴极有一个致命的弱点——发射稳定性不好,寿命短。国外的专家也曾研究过这个问题,他们的解决办法是在材料表面镀白金,但由于成本过高,外国专家在研究了十来年后,最终在80年代末放弃了。

面对停步多年的课题,做还是不做?镧钼材料能不能做电子管的阴极材料?能不能解决它的发射稳定性?而对于王金淑老师来说,也许更现实的问题是,如果不能完成这个课题,博士能不能毕业?然而,她的导师周美玲教授对这个课题的信心和坚韧科研精神很快让她坚定了决心,并做好了承受各种失败的心理准备。

要拿下这个课题,就必须迈过镧钼材料的发射稳定性这一关。每天除了日常的工作之外,王老师一直在想怎么解决这个拦路虎。镧钼材料的性能跟它的很多物理化学问题紧密相关,王老师就从物理化学方面的基础研究入手,比如其化学态、高温扩散行为等,去解决发射稳定性、使用寿命等应用性的问题。为此,王老师采用了各种方法,用粉末做实验;把丝绞成很多小段,做热分析;用光电能谱,看看有没有单质镧;又用离子注入,在金属钼里注入单质镧元素。

有一次,王老师做模拟阴极表面成分的实验,实验用的是粉末,想看看这种阴极材料在高温下会不会产生单质镧元素,这就需要把稀土氧化物、碳化物等混合起来,放到氢气炉里灼烧。做这个实验,应等温度降到室温以后,氢气完全耗尽时,才能打开炉膛。当时已是深夜十一点,因为急于想要看到实验结果,王金淑老师在关了氢气后,还没有等氢气炉温度降温,在100度时,就迫不及待地打开了炉膛,顿时“呼”地一声,一团火球蹿了出来,残余的氢气与氧气反应,吐着灼热的火焰,将她身上的毛衣都烧着了。也正是因为这件事,王老师时刻提醒自己,做实验不能有任何闪失,切忌急于求成,必须一步一步地走,科学来不得半点马虎。在此以后的科研中,王老师一直秉承着严谨、认真、一丝不苟的态度。

为什么高温时发射稳定性不好呢?做了多种尝试后,王老师惊喜地发现,试验之前加入的氧化镧,在高温激活过程中生成了单质镧,镧非常容易挥发,就像冬天里冰直接升华为水蒸气一样,直接变成气态逃逸了。而镧元素是阴极发射过程中的活性元素,在高温下挥发后,就像洗衣粉没有酶以后就没有去污性一样,反应过程缺少了这个镧之后,发射便会很快衰减。进行了一系列基础研究后,她们有了一个想法,就是可以降低温度,减少镧的挥发,这样就可以改善阴极的发射稳定性。根据实验结果,团队成员共同努力,确定了阴极碳化、激活及工作温度,大大减少了单质镧的挥发,如此一来,发射稳定性也得以大幅度提高。因为理论与实践的合理运用,王金淑老师提前半年毕业并通过了博士学位论文答辩,学位论文《稀土钼阴极发射机理、稀土元素行为及作用机制研究》被评为我校优秀论文,并于2002年获全国百篇优秀博士论文提名奖。

2001年,王金淑老师作为主要成员参加的团队在国内外首次成功制成了实用型镧钼阴极的FU-6051电子管,与钍钨阴极电子管相比,其发射效率提高了一倍,寿命从原来的十几个小时提高到了3000小时(技术标准为1000小时)。同时,与钍钨阴极相比,该阴极的工作可以降低200℃至300℃,在降低能耗的同时,还可以降低整体器件中对其它部件高性能的要求。教育部组织的鉴定专家组对此给与了高度评价,“该项研究机理上为国内外首创,工艺上取得突破,成果为国际领先”。该项成果2004年获得国家技术发明二等奖。

除此之外,她在国内外首次成功研制出系列复合稀土钼陶瓷磁控管用阴极。2006年才鸿年院士为组长的专家组鉴定结论为“该种新型阴极材料属于国内外首创,其综合性能达到国际领先水平”。在湖北,某型号的稀土阴极磁控管已经成功应用于雷达上,该项目成果自2004年至今已经为国营4404厂创造产值1120万元,每年节省防护费用150万元。

除稀土钼阴极外,她们正在将研究进一步拓展,以应用到更多领域。采用液液掺杂及液固掺杂法制备了钪钨基粉末,并与北京真空电子源研究所合作制成的扩散型阴极,具有制备工艺简单,重复性好的特点,其发射性能达到世界最好水平,研究成果目前已处于国际领先水平。

在2005年出版的第5界国际真空电子源会议论文集的前言中,有着以下评述:“中国在世界真空电子研究领域占据着重要的位置,并将在未来位于领先地位。主要体现在中国在亚微米结构的钪系阴极或镧钼阴极方面取得了巨大进展。”这些由国内外专家编纂的综述,正是对她们所取得的科研成果的首肯。2006年美国及韩国的知名大学纷纷来校并提出与北京工业大学进行合作交流,目前国际合作正在顺利进行中。

重视基础,鼓励创新实践

在王老师求学以及从事科研工作的过程中,必须提及的还有她的博士生导师周美玲教授,她们师生同获“巾帼发明奖”的佳话在工大校园里广为传颂。

导师周美玲教授的一言一行对王金淑老师影响很大。王金淑老师读博士期间,已经将近60岁的周美玲教授还经常亲自做实验,常常站在实验仪器前一整天。周美玲教授对工作的认真态度成了王金淑老师今后做科研的典范,周教授对学生的爱护也深深地影响了王金淑老师。

今天,王金淑老师也已经是一名博士生导师了。从周老师那里王老师深刻地体会到,作为老师,“只有爱护自己的学生才能赢得学生的尊重”。学生是大学生存之本,将学生当成自己的孩子,关心他们,培养他们,我们的学校才会越办越好,而作为对学生有着重要影响的老师,更应该严格要求自己。正是因为时刻铭记着这一点,王老师的以学生为主体的科研组目前有着非常融洽的科研气氛。

在指导研究生的同时,王金淑老师为本科生开设了一门限选课“功能材料导论”。在课上,她改变了单纯灌输的方式,开展各种实验,要求学生四人一组合作完成。在实验过程中,她不仅提出了可供学生选择的方案,更鼓励学生自己通过查找资料提出自己的方案。虽然开展实验耗费了王金淑老师很大精力,每一次全班学生做完实验可能需要好几天的时间,但这种方式得到了学校和学生的好评。学生们说:他们通过这门课进入到专业的实验室中,感受到了科研的氛围。在王金淑老师的指导下,两名大三学生目前正在进行一个亲水性的研究,准备申报星火基金。

王金淑老师从04年开始主管材料学院教学工作。作为材料学院主管教学的副院长,她不仅开创了第一门开始实验课的校选课,还带动了不少老师把实验加入平时的课程。今年材料学院的教改项目从以往的三四项增加到了十四项,“材料工程学导论”这门课程也成为我校06年唯一一门国家级精品课程。

作为一名教师,现在很多学生没有敬业精神,对研究不感兴趣,基础不牢等等令王老师非常担心。谈及大学生创新能力,王老师说:“如果没有坚实的基础,也就谈不上应用,更谈不上创新。大学生应该对所学专业有兴趣,不断投入,提出新的想法才能实现创新。”而关于创新的真谛,王金淑老师已经用她的经历给了我们最好的回答:创新=坚实的基础+浓厚的兴趣+勤奋的研究+严谨的态度。

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