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探索微观世界的奥秘——记国防科技大学张家春教授

来源:继续教育 1994年第4期作者:李微

夜深了,天空中无数个奇妙的繁星闪闪烁烁,在国防科技大学一座不显眼的两层楼内,一位五十多岁的教授正伏案在电子显微镜前,用他那独到的目光寻找着电子显微镜下那一个个斑点的排列规律,他不时地起身走动,沉思,忽尔又俯身到显微镜下仔细地观察,紧锁的眉头舒展了,又锁紧了。他是国防科技大学材料工程和应用化学系教授,他就是金属晶体学三定理的发现人张家春。

十几年,四千多个日日夜夜,他就在这个神秘世界里追求探索,他的发现揭开了金属晶体电子衍射分析方面那几十年的纱幔,同行们激动地说“这是一个国际性的重大发现”。

一、追求者的梦

人可以没有一切,但不能没有思想,不能没有梦。

1940年出生于黑龙江一个普通农家的张家春,从小就养成了对一切事物刨根问底的习惯,他以优异的成绩毕业于哈尔滨工业大学。

1964年他被分配到人才济济的中国人民解放军军事工程学院(哈军工)。在工作中他总是用独到的方法求真,寻实。一次打扫卫生时一位教授给大家出了个题目,有10堆鸡蛋,每堆十个,每个鸡蛋一两,可其中有一堆鸡蛋是一两一钱一个,只准称一次,问怎样找出这堆鸡蛋,人们茫然了,而张家春想了片刻后说:“第一堆拿一个,第二堆拿两个……”,如此下去就能找出那堆特殊的鸡蛋,他就是这样在生活中总是用独到的目光去认识世界。

随着科技的发展,对材料分析的要求越来越严格,因此电子衍射分析已成为当今世界材料学里的新学科,美国和日本在电子显微分析方面一直走在前头,而我们却刚刚起步,面对这一现实,张家春没有退缩,他默默趴到了电子显微镜下,而且一趴就是十多年,他分析了能找到的国内外所有的资料,大胆地提出了这里面有捷径可走。显微分析是材料学中关键性的课题,一般人眼能分辩的最小物质是0.2毫米,光学显微镜可分辩的两物点间的最小距离为0.2微米,这对材料内部组织结构的分析层次提高了1000倍,而在电子显微镜下却能看到0.2纳米,比光学显微镜又提高了1000倍,多么诱人的数据啊,然而这些斑点虽然看到了,但要把它分析出样品的内部结构,却又十分费工费力,由于各种材料内部组织结构不同,给分析工作带来了巨大的困难,这里面有捷径可走吗?这里有一条内在规律的吗?

二、他走进了一个神秘的世界

我们生活的地球是一个看得见摸得着的世界。而构成这一切的是些肉眼难辨的微观世界,这个世界复杂,那个世界更微妙。

从此他在这个微妙而神奇的世界里探索迫求,在电子显微镜下分析材料,要把铜、铁、锡等金属材料制成只有人的汗毛直径一半那么厚才能入放显微镜下进行观察,在衍射底板上,人们看到的是一个个细小的斑点,过去人们根据点的分布,采用“尝试——校核法”“根号N比值法”“特征基本平行四边形法”等来计算,这些方法虽各有所长,但总的说来,费时、易错。为改变传统的分析方法,张家春教授不停的探索着,他将收集到的国内外的资料中的电子衍射谱一个个的分析演算,他使用的草稿纸不知有多少本,多少个夜晚他忘记了休息。一天晚上11点,他骑着自行车,由实验室回家,脑子里却还在想着他的“微观世界”,突然“当啷”的一声,他跌倒在地上,当他从地上爬起来时才发现他竟撞到了躺倒的电线杆子上,这时他才从他的那个微观世界回到了现实的世界里。

他是教研室主任,白天搞科研的时间少,他就晚上干,家里人口多,他把资料搬到试验室,经过反复试验演算,终于发现立方系和密排六方系单晶体的衍射谱都存在矩形的斑点排列,并运用这一发现又推导出了“立方系单晶体垂直晶面定理和垂直晶面间距比定理”以及“密排六方单晶体垂直晶面定理”。成功了!他抑制不住内心的激动,把这一成果送给了同伴们,大家应用这一原理,大大加快了对电子衍射谱的分析速度。有一次,一兄弟单位送来样品,当把样品放入电子显微镜后,张家春教授的同伴在电子衍射谱上一看便说“这是〔100〕晶带,这是〔110〕晶带,这是〔111〕晶带……”。大家鄂然了“你怎么知道?”张教授把这三定理跟同行们讲了一遍。消息不径而走,中国科技大学、中南工业大学和湘谭大学的同行们先后开始应用张家春教授的新方法来标定电子衍射谱,同行们说“这是一个世界性的发现”。然而面对成功的张家春却保持高度的冷静,这是定律、定理还是定则呢?他请教同行,请教专家,经过严密的分析和论证,专家们一致认为它是金属晶体学三定理。

三、那就是“绿宝石”

在古希腊传说中,在上帝的世界里最名贵的是七色绿宝石。

如果张家春教授发现的“金属晶体学三定理”真的是七色绿宝石,它也会象瓦特发明蒸汽机车一样需要人们有一个认识过程,当瓦特发明了蒸汽机车,人们说他是魔鬼,因为人们不理解,不相信一堆铁怎么能自己走起来,当焦耳发现了电,人们不理解这看不见的东西,能会有什么作用,真理是需要有认识过程的。

1992年9月国防科技大学出版社出版了张家春教授撰写的《晶体学三定理及其在电子衍射分析中的应用》专著,他的研究论文被编入了亚太地区在谷曼出版的电子显微学会议论文集,1988年他的论文被湖南省科委评为二等奖,1989年他的这种教学内容和方法被评为湖南省优秀教学成果二等奖,1993年他的这项科研成果被评为国防科技进步二等奖。

在最近召开的鉴定会上,这项成果获得了中国科学院学部委员国家自然科学奖评委会主任师昌绪老先生在内的评委们的高度评价,鉴定认为研究者在长期的教学科研工作中,发现了常见金属晶体三定理,揭示了三种常见金属晶体晶面间及晶面间距间的内在联系,定理的证明严谨,结果正确,利用三定理导出的绘制和标定电子衍射谱的方法——矩形法,是一种全新的晶体结构分析方法,且准确、简易、快捷,易被教学科研人员掌握应用。该成果丰富了晶体学和晶体结构分析的内容,具有重大的理论和实践意义,经湖南省科技情报所国际联机检索和中国国防科技信息中心查新检索,该成果属国内外首创,居国际领先水平。 


 
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