小众学科大众科学——记中科院兰州化物所固体润滑国家重点实验室

作者: 刘晓倩、陈欢欢

来源: 中国科学报

发布日期: 2019-09-26 08:42:51

中国科学院兰州化学物理研究所的固体润滑国家重点实验室,经过几代科学家的努力,成功解决了多项国家重大工程中的润滑技术难题,为我国航天航空等领域提供了关键的润滑材料和技术支持。

在运动的世界里,摩擦磨损无处不在,润滑至关重要。伽利略号木星探测器在太空天线无法展开、某型号卫星扫描机构无法正常运转;航空发动机主轴承异常磨损……都是润滑失效导致的。润滑,是个小众学科,但它就像空气和水一样,是人类生存的必需品。

在我国大西北,有一支强大的润滑团队——中国科学院兰州化学物理研究所(以下简称兰州化物所)固体润滑国家重点实验室,扎根兰州数十载,在固体润滑学科奠基人陈绍澧、中国科学院院士党鸿辛、中国工程院院士薛群基、中国科学院院士刘维民及一批青年科学家等几代人的薪火相传之下,持续为我国润滑领域提供科技支撑。

1957年,苏联发射了人类第一颗人造卫星,太空时代到来。在太空中,真空蒸发会使流体和半流体的油脂瞬间失效。而当时的中国还没有固体润滑这一学科。在“支援大西北”的号召下,1958年,中国科学院石油研究所润滑等3个研究室的“一百单八将”由大连西迁至兰州。其中,陈绍澧与一同来到兰州的党鸿辛等人一起,创建了中国的固体润滑学科,开始了固体润滑材料的基础和应用研究。

1967年,中国第一颗人造卫星“东方红一号”进入研发关键阶段。然而,卫星天线的导电润滑材料技术成为难题。为了解决100℃至-100℃条件下短波天线的导电润滑问题,党鸿辛带领团队成员到北京科学仪器厂边研究边改进。历经艰辛,团队成功研制出一种新型固体润滑膜,解决了卫星发射信号传递的关键问题。

1990年博士毕业后,刘维民像老师薛群基一样留所工作,继续从事润滑研究。

“立足于满足国家战略需求,国家需要什么,我们就做什么。”这是刘维民常对身边的科研人员说的一句话。2003年的一件“大事”改变了时任固体润滑国家重点实验室主任刘维民的科研生涯。当时,我国唯一在役的风云气象卫星在超期服役状态下发生了机械故障,问题就出在空间润滑油上。此时的兰州化物所已经有十年不生产航天润滑油,大部分科研精力都投入在固体润滑中。刘维民立刻组织力量开展相关研究,团队成员经常通宵达旦奋战。

需要5年才能完成的研发任务,他们仅仅用了不到两年就研发出了新型润滑剂,并使其抗磨损性能提高了至少5倍。

在建设创新型国家这一新的历史时期,青年科学家加入了服务国家战略需求的科研主战场。如今,刘维民的学生周峰接棒固体润滑国家重点实验室主任。他告诉《中国科学报》,自己在英国剑桥大学求学的3年中,时常与老师畅聊学习生活状况、实验室的科研工作,并探讨润滑学科如何发展。

“这种关心和情感的沟通使得我虽然身在异国,但始终觉得未曾离开。”周峰说。2008年,周峰回到实验室,组建自己的团队并开辟新的研究方向——以仿生为基本理念,发现并人工模拟自然界中的润滑组分结构,发明减阻材料。2015年,其主持完成的该方面成果获得国家自然科学奖二等奖。

从基础研究到应用研究,除了高技术领域产品,亦有很多成果进入工业应用。

例如,实验室经过十年磨一剑的努力,从配方到工艺全流程攻克润滑材料技术难题,今年3月获得国际标准认证,可以在国产大飞机上批量应用。“固体润滑是多学科交叉的边缘学科,从事它的科技工作者内心要足够强大,有甘为人梯、默默奉献的精神,有坚守心中理想不放弃的恒心。”兰州化物所所长王齐华如是说。

刘维民则说:“我国高端润滑材料市场目前基本被发达国家垄断,我希望在2035年我国跻身创新型国家前列之前,能看到中国在润滑的众多领域超越西方发达国家,真正走到世界的前列。”

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