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科技日报:春风化雨 稀土生金 伟业萃人生

科技部门户网站  www.most.gov.cn      2009年01月12日     科技日报

  徐光宪,著名物理化学家,无机化学家,教育家,中国科学院院士。2008年最高科学技术奖获得者。

  1944年毕业于上海交通大学化学系。1947年赴美留学,1951年获美国哥伦比亚大学物理化学博士学位,不久回国,到北京大学任教至今。

  1980年当选为中国科学院学部委员。1991年被选为亚洲化学联合会主席。现任北京大学化学系教授、博士生导师。

  徐老坐在会议室中央的椅子上,沉静安详,对每一个和他目光相遇的人点头微笑。采访中,他的语速不快,但思维敏捷;他南方口音很重,但话语朴实坦率,让交流欢快融洽。随着徐老的讲述,我们一起重温着他的科学人生……

  眼下,猛烈的金融风暴使全球许多企业步履维艰甚至轰然倒下。20多年前,国外稀土行业的跨国企业,也曾经历过一次类似的巨变,但不是金融风暴,他们称作“中国冲击”。一位中国化学家创造的全新分离方法,使我国单一稀土产量猛增,而原来国外的稀土垄断公司,不得不减产、停产甚至破产,中国的世界稀土强国地位,一举确立。如今,这位化学家已近耄耋之年,但他仍活跃在科研一线,指导并激励着年轻的科学家们,为实现中国从稀土生产大国到稀土科技大国的跨越而努力。他,就是本届国家最高科学技术奖获得者,我国著名化学家和教育家徐光宪院士。

  坎坷求学路

  由于做家教都是在晚上,白天徐光宪就经常去附近大学 “蹭课”,并重新燃起了上大学的渴望

  1920年,徐光宪出生在浙江绍兴,喜欢问问题的徐光宪,小学时就以勤奋好学闻名乡里。升高中,上大学,似乎顺理成章。但自古英才多磨难,他也没能例外。

  徐光宪还在读初中时,父亲去世。家里经济条件不宽裕,家人希望他去读中专,这样毕业后就可以马上就业,挣钱养家。1936年,徐光宪初中毕业后,考入隶属于浙江大学的高级工业职业学校。大学,似乎已跟他渐行渐远。一年后,抗日战争全面爆发,浙大内迁,为了减轻负担,将高级工业职业学校解散,不得已,徐光宪只好转学到宁波高工继续学业。

  1939年,徐光宪毕业,正好赶上当时的国民政府想要从四川宜宾修一条铁路到昆明,来学校招人。他和另外7个同学被录取,招工的人把他们带到上海,准备从那里坐船先到越南的海防,然后转道昆明。那人说去买船票,让徐光宪他们留在小旅馆等他,结果再也没有回来。和他一起消失的,还有8个人的旅费。徐光宪一下陷入进退两难的境地,好在他在上海有个做中学教师的哥哥,但哥哥也拿不出这相当于大半年工资的旅费,只好先给他介绍一个家庭教师的工作,维持生计。

  “祸兮,福之所倚。”这话放到当时的徐光宪身上,非常靠谱。虽然没了旅费、丢了工作,还滞留上海,但就是在这个时候,大学又向他挥动了橄榄枝。由于做家教都是在晚上,白天徐光宪就经常去附近大学“蹭课”,并重新燃起了上大学的渴望。最终,他考取了上海交通大学,进入化学系学习。其实,上海交大虽然是国内名校,但徐老当初选择它,却另有原因。“学费便宜,因为它是国立大学,一年只要十块钱学费,还给我奖学金。其他大学都要60到100块。”

  拳拳爱国心

  当年在上海法租界生活时,那种作为二等公民的屈辱感,徐光宪至今记忆犹新

  终于,徐光宪得以在大学同自己喜爱的知识和研究整日为伴,并在1946年获得留学美国的资格,考入圣路易斯华盛顿大学,一学期后转至哥伦比亚大学,并获得助教奖学金。依靠勤奋,三年间徐光宪在取得硕士、博士学位的同时,还当选为美国PhiLam鄄daUpsilon荣誉化学会会员和SigmaXi荣誉科学会会员。毕业后,导师想留他在哥大任教,或推荐他去芝加哥大学的一位教授做量子化学研究。但他却选择了第三条路———回国。

  当年在上海法租界生活时,那种作为二等公民的屈辱感,徐光宪至今记忆犹新。到美国后,他也能清楚地感受到对华人的轻视。随着新中国的成立,这一切都发生了变化,而这种变化让徐光宪感到欣喜和振奋。

  “抗美援朝开始后,麦克阿瑟因为战事失利下了台。我们坐地铁时,外国人看我们的眼神都不一样了。因为以前他们都很瞧不起中国人,但现在他们既有点恨你,又感觉你很厉害。能明显感到,在朝鲜战场上败下来以后,美国人对中国人的看法变了。”

  抗美援朝的开始,也让徐光宪觉得,身为中国人,应当回国效力。尽管他在美国的科研事业已渐上轨道,但他毅然放弃,获得博士学位后,立刻以“回国探亲”为借口,和夫人高小霞一起回到祖国。当轮船到达广州时,一艘飘扬着五星红旗的小船来接他们。“看到五星红旗来接我们,是我一生中最高兴的事,我感到我们中国人真的站了起来。”

  回国之后,徐光宪进入北京大学执教。尽管国内的科研条件当时无法同国外相比,但无法冷却他工作的热情。1951年,他为学生们开设了物理化学课,培养了第一批放射化学人才。后来,根据国家的需要,他三次转换研究方向,从量子化学到配位化学,再到核燃料化学,直到最后的稀土化学。

  稀土巧分离

   徐光宪的研究使中国完成了从稀土资源大国到生产大国的跨越,但他和他的团队并未停止探索的脚步

  在过去几十年中,稀土不仅影响了科技的发展,而且对我们生活带来了很大便利。在通讯信息、石油催化、彩色显示、储氢材料,以及超导材料等方面,稀土都扮演了不可替代的角色,因此人们把稀土作为战略元素,加以储存和研究。

  对稀土的应用,首先要解决其分离问题,稀土元素的原子结构相近,化学性质相似,因此分离非常困难。我国的稀土工业储量占世界第一,但上世纪80年代中期以前,我国只能依赖低价出口稀土矿物和混合物来获取蝇头小利;同时还要高价进口深加工产品,长期处于有资源无利益的窘境。

  面对这样的情况,徐光宪自然不甘心。他和他的团队经过大量研究实验,建立了串级萃取理论。什么是“萃取”,举个例子说明:有100个运动员,身高、体重、相貌都差不多,穿着相同的运动服,怎么能分辨出哪些是打排球的、哪些是打篮球的呢?于是把他们带到两块场地边,一块是篮球场、一块是排球场,结果篮球运动员和排球运动员都跑到了各自的场地上,就把他们分开了。

  这样说也许并不准确,但大体是这个意思。如果把稀土元素比做运动员,那在现实中,“篮球场”和“排球场”变成了油和水,假如把两个AB共生的元素放到油和水的混合物中,A爱往油里跑,B则爱在水里呆着。经过一次分离后,油里有55%%的A,而水里有45%%的B。一次分离,就算“一级”。目前稀土的分离过程,大概需要400到500级。通过不断分离,并将每次的成果串联起来,最后元素纯度达到99%%以上,就是串级萃取。

  但是,串级萃取中有着太多的变量:油和水要放多少?油是花生油还是豆油?水是糖水还是盐水?每个元素分离的次数应当是多少……

  阿基米德说,给他一个支点,他能撬动地球。虽然他最后也没能撬动地球,但徐光宪却找到了他的“支点”。他发现,无论油和水的条件怎样变化,但在大多数的条件下,油和水中金属离子各自的总浓度比是一个常数。换句话说,就是AB两种元素放入油和水中,油中A+B离子数和水中A+B的离子数相比,得到的始终是一个常数。这就是“恒定混合萃取比规律”。

  “恒定混合萃取比规律”的发现,使串级萃取理论最终建立。徐光宪和他的团队在此基础上提取了包含100多个公式的数学模型,所得的参数可以直接用于工业生产。

  以前,我们要花费一年半时间,投入大量人力物力,才能得到一套工艺参数,而且随着时间的推移,这套参数还有可能不是最优化的。但根据徐光宪的理论,得到一套参数只需几天时间,且跳过了试验环节,所得参数可以直接应用于工业生产。

  上世纪80年代初,我国单一稀土的全国产量是20吨。2006年国家发改委稀土办的数据统计显示,产量是8万吨,占全球单一稀土总产量的85%。

  中国的高纯度稀土大量出口,使国际单一稀土价格下降30%—40%,包括美国钼公司、日本的稀土分离企业、法国的罗地亚公司等国际稀土垄断企业,分别减产、停产、破产,或寻求同中国人进行分离技术方面的合作,他们将这次巨变称为“中国冲击”(ChinaImpact)。徐光宪的研究使中国完成了从稀土资源大国到生产大国的跨越,但他和他的团队并未停止探索的脚步。徐光宪的学生、同为北大教授的黄春辉院士说,现在国外主要买中国的稀土,但还存在买回去后,生产成功能材料,再卖回中国的现象,所以如何让中国从生产大国,变成科技大国,是我们努力的目标。

  桃李满天下

  如果说当年看到五星红旗来接他是让徐光宪最高兴的事,那他感觉最幸运的事便是能够来北大教书

  如果说当年看到五星红旗来接他是让徐光宪最高兴的事,那他感觉最幸运的事便是能够来北大教书,“这里有非常多优秀的学生”。作为一个化学教育家,几十年来,他不仅培养了博士生和硕士生近百人,现在北大稀土国家重点实验室工作的学生中就有中科院院士3人,长江学者特聘教授3人。他撰写的化学教材《物质结构》自1959年出版以来,至今仍是化学领域的重要参考书,培养了我国几代化学工作者。正因如此,这本书在1988年获得国家教材特等奖,是化学领域唯一获奖的教材。

  学生们所取得的成绩让徐光宪倍感欣慰,用他的话说,“学生们现在都已经大大超过了我”。“严纯华教授在串级萃取理论工作方面,把恒定混合萃取比的假设取消了,使江西的重稀土的分离达到了要求,后来他们又发明了联动萃取,可大大节约生产成本,保护环境;黎乐民院士在量子化学领域的研究早已超过了我;黄春辉院士是最早同我开始稀土分离研究的人,后来她搞稀土的光电功能材料研究,在这个领域里,她的工作我都不太懂了……我很高兴,如果学生不能超过老师,那中国就不能进步。”

  在徐光宪看来,激发学生的求知欲和培养他们的自学能力,比传授具体的知识更为重要。“要鼓励年轻人的好奇心,如果没有学生提问题,那我认为老师就不合格,他不能鼓励学生提问题。如果学生提出的问题老师答不上来,那就照实回答。这有两种情况,一是这个问题根本没有解决,二是告诉学生,我回去查查,过两天回答你,毕竟老师也不是万能的,这就是实事求是的方法。”

  2003年“非典”期间,徐光宪给学生们写了两封信,发布在网上,号召学生自学,并将参考书目一一列举。“掌握学习的方法比掌握知识更加重要,‘非典’时,学生只能回家,正好利用这个时间自学。我自己也曾自学了8个月,1937年抗战爆发,学校解散,我回到乡下老家后,把高中的几何、代数习题都做了一遍,后来到宁波高工,直接就到3年级了。这8个月我没有‘亏’。学生不能太依靠老师,一定要掌握实际学习的方法。”

  而他的学生们对自己的先生也都有着各自的看法。对黎乐民院士而言,徐先生的关键词就是“勤奋”。“他说他的天资不如别人,但是业精于勤。在我接触的人里,他也是最勤奋的。我是他的研究生,有问题就找他,有时候直接去他家里,不管我什么时候去,他都在工作,要么写文章,要么看文献,一摞摞的文稿码的很高,那时候没电脑,都是手写稿子。‘文革’结束后,他说要每天工作16个小时,弥补‘文革’期间的损失,那时他的年纪已经很大了,每天晚上早睡,早上3、4点就起来写东西。”黎院士说。

  黄春辉院士则对徐先生的乐于助人印象深刻。她回忆说,当时徐先生写《物质结构》有5000多块钱的稿费,在上世纪60年代初,5000块可以说是一笔巨款。但徐先生全都交到系里的会计那儿,用来帮助那些有困难的学生。

  严纯华教授可以说是徐光宪学生中的新生代,他对徐光宪接受新事物的能力赞叹不已。“他是这些老先生里最早用中文输入的。用英文输入对他们而言都是老本行了,因为他们最早学的就是那个。徐先生的论文、书信和幻灯片都是他一个字一个字地打出来的,因为他南方口音较重,拼音不太好,有时会打电话问学生。在接受新事物方面,令年轻人汗颜。”

  虽然各有各的看法,但有一点学生们是一致的,那就是徐光宪的生活和科研已经浑然一体了。而他的生活习惯也都有科学理论作为支撑。“我年纪大了,起得早睡得早。以前我喜欢下围棋,但下棋太费脑子,晚上下一盘棋就容易睡不着觉,影响第二天工作。就不下棋了,吃完饭看看武侠小说,放松一下精神,书放下就能睡着。”


 

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