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北航精神

我与北航的不了缘

2012-12-30 02:31

姚骏恩,男,1932年4月9日出生于上海市。1952年毕业于大连工学院(现大连理工大学)应用物理系。1952—1964年和1964—2003年先后在中国科学院所属长春光学与精密机械研究所和北京科学仪器研制中心工作。1985—1994年在中国科学院北京电子显微镜(开放)实验室任副主任、研究员。2001年当选为中国工程院院士。2003年调入北京航空航天大学,现任物理学科终身教授、校学术委员会副主任,微纳测控与低维物理教育部重点实验室(筹)主任,中国科学院研究生院终身教授。
回忆往昔:曲折的成长历程1932年,日本侵略中国的“一·二八”淞沪大战前夕,我父母从上海市闸北区宝山路逃难,一路上忍受苦难和屈辱,最后暂住“法租界”。是年4月9日,我就在那里出生。
高中毕业那年,正值1949年上海解放,面临考大学报专业。想到日本侵略中国时,飞机经常在大中城市狂轰滥炸,而我们毫无还手之力。于是,我报考了上海交通大学的航空工程系等,立志发展我国的航空事业。最后我选择了大连大学,主要因为这是共产党在解放区自己创办的第一所正规大学,为即将诞生的新中国培养建设人才。那时,上海刚解放,去北方的火车尚未开通,路过南京时,还遭到国民党飞机的轰炸。到达天津后,又等了十来天,因为怕坐船去大连再遭轰炸,最后决定还是继续乘火车。在东北广袤的土地上,只有我们这辆“专列”,边修路,边开车。晚间,我们就睡在车厢顶部的行李架和座位下面的地板上,终于在新中国成立前夕到达了大连。10月1日,我们这批大学生在大连火车站的广场上,聆听了毛主席在开国大典上的讲话。
从上大学起我曾有四次出国留学机会,都因故未成。第一次是在1951年,由于中国当时严重缺少石油,拟派我们全班同学去前苏联学习石油勘探,后来因计划更改而未成行。第二次是在1956年,光机所选派去前苏联计量院学习,因体检发现视觉红绿色弱,不合格而作罢。第三次是在1957年,拟去德国蔡司公司学习红外光谱仪制造技术,学了将近一年的德语,一切手续都已办好,行李也送上了去德国的火车,终因蔡司公司不接受而告终。第四次是在1980年,北京科学仪器中心选派去法国进修表面物理分析,在北京外国语学院学习法语半年多,因名额有限而作罢。虽然出国留学是我们这代人的梦想,四次均未成行,十分遗憾,但我得以抓住机遇,在国内发展,又多学了几门外语,有了阅读英、德和俄文的能力,使我在科研道路上走得更为顺利。
关于科研:锲而不舍中取得累累硕果1949年末起,我师从“两弹一星”元勋、两院院士王大珩先生。1952年跟随先生到长春筹建中国科学院仪器馆(现长春光机所)。1956年我国制定十二年科学技术远景规划,由王大珩先生领导的仪器规划小组提出要研制电子显微镜,我是小组的工作人员。而当时的苏联顾问认为:这难度太大,十二年内中国是做不出来的,不要列入规划。中国如要用,可向苏联购买。但王先生并未因此而停止研制电子显微镜的步伐。
1958年初,长春光机所的大批人员去附近的“土顶子乡”下放劳动。不久“大跃进”开始,“破除迷信,解放思想”,王大珩先生又大胆提出研制电镜,邀请刚从德国留学回来在中国科学院电子学研究所工作的黄兰友博士为负责人,张劲夫副院长亲自把武汉微生物研究所才从日本订购的中型电镜借来作为参考。由于夜以继日的艰苦奋斗和工作的高度协调,经过短短的72天,在1958年8月即制造成功我国第一台电子显微镜,加速电压50kV,分辨本领10nm。这台电子显微镜作为光机所研制成功的“八大件”(指八项具有先进水平的高档光学仪器)之一,于当年国庆节前夕在北京中关村展出。毛主席参观了这个展览会,对这些科研成果倍加赞赏。是年11月,我一人去武汉归还这台日本电镜,由于是被拆成零部件后再重新装起来的,问题不少。机械泵也发生了故障,当时真是“初生牛犊不怕虎”,我竟把它拆开,清洗精密的旋转刮板后再装起来;50kV高压油箱内出现放电现象,就打开这个不容许用户触动的关键部件,过滤高压变压器油。经反复调试,这台电镜的分辨本领终于恢复到原来的出厂指标。
1958年9月,长春光机所决定自行设计研制100kV大型电子显微镜,成立电子显微镜研究小组,我任组长和课题负责人,黄兰友为技术负责人。由于我在研制检流计时熟悉了磁路设计,加上有关的光学知识和阅读英、德、俄文的能力,参考了国外有关经典文献和当时世界上最先进的德国西门子公司Elmiskop型电子显微镜样本,我们很快就完成了电子显微镜电子光学系统和电磁透镜的设计,并对机械和电子线路等提出了设计要求。电子显微镜研究小组与负责制造高压和透镜电源的上海精密医疗器械厂通力合作,经过10个月的日夜奋战,1959年9月末,分辨本领优于2.5nm、加速电压100kV、放大倍数达10万倍以上的我国第一台自行设计的XD-100型电子显微镜研制成功,被列为中国仪器仪表行业从仿制到自行设计制造的一个重要标志和“中华人民共和国四十年重大科学技术成就”之一,并收入记载古今中外自然科学大事的《自然科学大事年表》。为在国庆十周年全国工业交通展览会上展出,特别包租了一节火车车皮,我和负责机械设计的王宏义就坐在电子显微镜的包装箱上,星夜奔赴北京。在展览馆安装好后,发现冷却水漏进了物镜线包,造成漏电。当时已是放假前夕,我抱着十几公斤重的物镜找到兄弟单位用真空烘箱烘干,解决了问题。10月1日,这台10万倍电子显微镜作为一项重大科技成果,在北京展览馆中央大厅按时展出。曾朝伟用抓来的一只蚊子做样品,观众十分好奇地排长队等待着用电子显微镜观看蚊子翅膀上的“汗毛”,这种场面令我至今难以忘怀。当天,天安门前举行了国庆十周年庆祝大会,这台电子显微镜的巨大模型列在中国科学院游行队伍最前面,接受了检阅。
1960年起我在国内推广电镜设计制造技术。
1964—1965年我负责设计研究完成DX-2型高分辨透射电镜,分辨率达当时国际先进水平,并生产8台。
1965年,我在《科学仪器》杂志上发表了我国第一篇系统论述电镜设计制造的论文,对国内的电镜研制工作起到了先导作用。
1971年,北京市组织大规模集成电路会战,我负责设计研制DB-1型电子束制版机,采用倒立式电子光学系统,用当时国际上刚出现的激光材料石榴石YAG制成的单晶透明荧光屏,不仅分辨率高,而且激发出的阴极荧光也很强,可用光学显微镜直接观察电子束的聚焦情况,省去了两个电磁放大透镜,结构简单,用计算机输入自动制版。比国外早10年创制出的这种YAG单晶高亮度显示器件,分辨率比荧光粉高十多倍,现已应用于多种电子成像系统。
1974年,我们与中国科学院化学研究所和第四机械工业部合作研制成功电子束大屏幕显示仪。同年,我负责指导北京仪器厂研制磁偏转“e”形电子枪蒸发装置,解决了MOS电路镀膜工艺问题。1975年北京市组织鉴定,生产了200余台,成为该厂的重要产品。
1975年,我指导并参加研制完成我国第一台扫描电镜(DX-3型),负责人是我的第一位研究生葛肇生,获1978年全国科学大会成果奖。1976-1977年我还负责研制X射线波谱仪,并和同轴光学显微镜一起配装在扫描电镜上,发展成DX-3A型分析扫描电镜,获1978-1979年中国科学院重大科技成果奖一等奖。该型扫描电镜生产近百台,并向国内其他单位推广生产。
1984年,我和北京燕山科学仪器开发公司共同研发的阴极发光仪,在矿物、岩石及半导体领域中应用甚广,先后生产29台。获1990年北京市科学技术进步奖。
1985年,中国科学院北京电子显微镜(开放)实验室(BLEM)成立,依托在中国科学院北京科学仪器研制中心(KYKY)。我提出研制扫描隧道显微镜(STM),得到了主任郭可信院士的大力支持。1987年7月去美国参加第二届国际STM会议,我主动邀请当时在美进修的中国科学院化学研究所白春礼博士回国,参加BLEM自行设计制造的STM的调试工作,共同发展我国的STM事业。1987年11月,这台STM在国内首次获得石墨表面原子像,横向和纵向分辨本领分别为0.1nm和0.01nm,达到国际先进水平,并生产了10台。获国家科技进步奖二等奖。
1991-1993年,我在BLEM又提出并与大连理工大学物理系合作、研制完成我国第一台光子扫描隧道显微镜,图像横向分辨本领优于10nm,纵向分辨本领为1nm,达到国际先进水平。获中国科学院和国家教委科技进步奖三等奖。
1993年,我主持完成了原子力显微镜的研制工作。关于北航:
到北航工作是我的又一次创业机遇1964年,我从长春调到北京工作,住在中关村。每次从家到北京大学第三医院就医,都骑自行车从北航的北门进,东南门出,回来时途经北门内马路两侧的菜摊买菜回家。我还常带着孩子们参观北航校园,对所陈列的飞机特别感兴趣,目睹了北航几十年的发展,有着深厚的感情。
1994年4月,我在中国科学院北京科学仪器研制中心退休。此后,我并未停止科学研究的脚步。2001年10月我当选为中国工程院院士,获得了重新工作的机会。2003年10月我有幸受聘于北京航空航天大学,任教授、校学术委员会委员和理学院物理研究所所长,实现了我54年前报考航空工程系为祖国航空事业服务的愿望,这是我的又一次创业机遇。对此,我十分珍惜,兢兢业业,只争朝夕,尽自己最大的力量做好工作:开拓学科方向,注重优秀人才的引进、年轻教师和研究生的培养,组建科研团队,建立科研基地“北航微纳测控研究中心”和“微纳测控与低维物理教育部重点实验室”;已获国家自然科学基金和科学技术部等的多个专项资助;发展我国电子显微镜和扫描探针显微镜等超显微镜制造事业和空间纳米测控技术。
关于未来:在北航这片热土上为建设我国超显微镜制造事业而奋斗显微镜是人类认识微观世界的有力工具。光学显微镜的出现,使人们发现了被称为十九世纪三大发现之一的生物细胞,对自然界的认识有了一个极大的飞跃。诞生于1932年的电子显微镜和1982年的扫描隧道显微镜,分别作为显微镜发展史上的第二和第三个里程碑,促进了纳米科技的诞生和持续发展,其发明者共享了1986年的诺贝尔物理学奖。
科学无国界,而科技工作者是有国家的。我应该报效祖国,我的事业在中国。五十余年来我有幸奉献于中国超显微镜的研制事业,取得了一些成果,当选为中国工程院院士,这给了我极大的荣誉。但遗憾的是,我毕生为之奋斗的国产电镜和扫描探针显微镜制造事业,由于种种原因,产品的质与量至今还远远不能满足国家的广泛需求。
不仅是国产电镜和扫描探针显微镜,目前整个中国科学仪器制造行业都面临极大的挑战。国外厂商对中国的策略往往是,你不能制造的精密仪器,他要高价,甚至不卖给你;当你有能力制造时,他以低价销售给你,打垮你,让你难以发展。因此,我们必须自强自立。电子显微镜,从1958年开始我国就可以独立制造,但稳定性、可靠性不如国外产品。要解决这些问题不是一日之功。生产高质量仪器的关键在于建立一条完整的科学仪器产业链。从材料的选择、加工工艺,到整机的装配调试,每一个零部件都需要注意,每一个细节都需要精益求精,需要一整套技术标准,才能获得高指标、高可靠性。我们需要一个打基础的过程,一个积累的过程,而这样积累的过程是难以跨越的。只有选择性地把某些仪器做到满足国内需求,减少对国外的依赖;打好基础,逐步发展我们的技术特色;利用我国已领先的新原理、新材料等来制造新仪器,争取一部分先超越;中国的科学仪器制造事业才能逐渐强大起来。
为此,我与王大珩等院士在2003年1月,向国家呈交了“建立我国自己的纳米测量仪器和纳米加工装备制造业”的《工程院院士建议》,2006年初又提出了《振兴我国的电子显微镜制造事业》的展望:
1.发展具有自己特色、先进的多功能亚埃(<0.1nm)分辨率、亚eV级像差校正电子显微镜,实现我国在纳米尺度表征与度量的高端突破;2.整合国内现有基础,形成有市场竞争力的电子显微镜规模产业;3.创建电子显微镜研发团队,建立具有国际竞争力的电子显微镜研发平台和基地。
目前,我国的电子显微镜制造事业与空间纳米测控技术,都远远落后于发达国家,不能满足国家的需要,中国必须建立一个或几个电子显微镜的生产企业(包括向国外购买,合建),北航也急需在已有基础上建立一支研发电子显微镜的专业队伍,重视工程技术并与有关单位密切合作。我也将在北航这片热土上为中国超显微镜制造事业的发展而继续努力,奉献余生。
寄语北航:献给莘莘学子首先,关于外语学习。如今是一个经济全球化的时代,掌握一门外语是这个时代的人才所必备的技能,无论今后的从业方向是自然科学,还是社会科学,学好外语都是大学生的一项基本任务。不过,语言毕竟只是一种工具,不是目的,最终还是要学以致用,精益求精。
其次,关于国家、集体与个人。个人利益应该服从国家集体的需要,一切从国家集体出发。1982年《电子显微学报》创刊时,钱临照院士和我分别为正、副主编,我负责日常工作。不久,钱老主动提议让我任主编。但我坚持由德高望重的钱老任主编有利于办好刊物,自己则一定努力当好助手,如此延续十几载,于1996年我才接任主编。当代大学生也应该以国家集体利益为重,培养自己的爱国主义精神。
再次,关于专业技术工作与社会兼职。自1980年起,我积极参加了中国电子显微镜学会和《电子显微学报》的创筹建工作,历任电子光学与仪器委员会主任、常务理事、副秘书长、《电子显微学报》副主编、主编和北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA)学术秘书等职,花费了不少时间和精力。作为中国电子显微镜学会和BCEIA的代表,多次出国访问讲学、参加学术会议,得以开阔眼界、广交朋友,及时了解国际学术动态。这对我能在中国率先完成扫描隧道显微镜等最新仪器的研制工作大有帮助。适当的社会兼职与专业技术工作可以相互补充、相互促进。因此我认为北航的学子们也应当协调好科研工作与社会兼职的关系,实现多面的共赢。
最后,关于“成功之路”。我认为一个人在“天赋”和社会环境已定的情况下,必须学风端正,兢兢业业;打好基础,创造条件;抓住机遇,探索创新;拼搏奉献,锲而不舍,才能有所建树。希望与北航莘莘学子共勉!(姚骏恩)

 

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