English | 繁体 | RSS | 网站地图 | 收藏 | 邮箱 | 联系我们
首页 新闻 机构 科研 院士 人才 教育 合作交流 科学普及 出版 信息公开 专题 访谈 视频 会议 党建 文化
  您现在的位置: 首页 > 专题 > 旧专题 > 创新专题 > 科学思想库——中国科学院创新案例 > 《科技创新案例》摘录
玻璃计算体系的建立
  文章来源: 发布时间:2003-11-17 【字号: 小  中  大   

干福熹 光学材料、非晶态物理学家、中国科学院院士。1933年1月生于浙江杭州。1952年毕业于浙江大学。1959年获前苏联科学院硅酸盐化学研究所副博士学位。中国科学院上海光学精密器械研究所研究员。建立了我国第一个光学玻璃试制基地和耐辐射光学玻璃系列;研究光学玻璃的成分和性质的关系,发展新品种。研究激光玻璃的激光及发光特性;研制掺钕激光玻璃,国内第一个获得激光输出;建立激光钕玻璃系列。研究过渡元素及稀土离子在玻璃中的光谱及发光性质;研究玻璃的光学常数及外场作用下的非线性性质;研究玻璃的物理性质变化规律,在此基础上建立完整的无机玻璃性质的计算体系。研究光存储用各种先进薄膜,发展了可擦重写新型光盘。获国家自然科学奖三等奖1项,国际玻璃协会终生成就奖。

在玻璃熔炼、配方调整中,往往需要事先根据玻璃成分估计玻璃的各项性质,以免用大量的繁杂试验进行摸索。但是无机玻璃一般是多组分的,如钠硼硅酸盐玻璃不仅有氧化硅、还有氧化硼、氧化钠等组分,这些组分按不同的数量配方,就会得到不同物理性质的玻璃。如何事先得知这些物理性质呢?干福熹敏锐地感到由于对玻璃结构缺乏了解,对玻璃性质没有系统研究,人们长期以来设计玻璃一直凭借经验,他从五十年代初就想要解决这一问题。1956年干福熹被送往前苏联科学院学习和工作,师从以研究玻璃态结构和建立氧化物部分性质计算体系而闻名于国际玻璃界的A. A. 阿本教授,从事玻璃结构和性质的基础研究。开始的时候,他很不适应,因为在国内是搞光学玻璃研制的,所以想到工厂去。阿本教授独辟蹊径,先让他到实验室去工作,并同时要他系统全面地调研文献。3年的研究生学习使干福熹认识到:一切科学技术都要依靠基础研究,必须重视基础研究。他开始系统地研究玻璃的基础理论,从物质的基本形态、光学性能、化学组成、工艺等多方面来研究,尽最大可能了解关于玻璃结构的各种学说并进行评述。玻璃结构是复杂的,是一种原子以近程有序方式排列的无定形物质,无序与有序、连续与不连续、均匀性与不均匀性是构成玻璃的矛盾的两个方面,它们同时存在于玻璃这一统一体中,在一定条件下,其中一方面可以起主导作用,在玻璃的外部性质上突出地反映出来,当条件改变时,它可能为另一方面所替代。干福熹孜孜不倦地进行理论研究,全面系统地掌握玻璃的理论结构模型、化学组成与物理性质的关系,为他建立玻璃的计算体系打下了重要的理论基础。

在导师阿本的影响下,干福熹对玻璃性质计算体系的建立产生了浓厚的兴趣,但玻璃的生产工艺中有大量的数据,计算体系不能凭空产生,必须取得各种玻璃的系统的性质数据,在整理数据的基础上,才能得出符合实际的计算体系。当时前苏联的所有光学玻璃研究或生产机构都处于国家严密控制和对外保密状态之中,也许是干福熹的勤奋和工作成绩打动了前苏联科学院硅酸盐化学研究所所长道罗波夫院士,道罗波夫为他办理了解密手续,阿本还亲自为他签名担保,这样,干福熹有机会到前苏联有关光学玻璃的研究所和生产厂家,这种与生产实践紧密相联的研究方法,证明是非常有成效的。他在总结前人经验基础上,以实践结果来判断计算体系的优劣,经过艰苦探索,发现了前人计算体系的成功与不足之处。

在前苏联学习期间,干福熹开始考虑在阿本的计算方法的基础上(即玻璃成分以分子分数为基础,用加和法则计算),扩展玻璃性质的计算体系。但他逐渐发现不是各种氧化物皆符合加和法则,有几种重要的氧化物,如氧化硼在玻璃中常呈现反常现象,特别与氧化铝共存时。科学研究上无平坦大道,干福熹发奋研究玻璃中的“硼反常”和“铝-硼反常”现象,并作为他的博士论文的主题。经过几百次的试验和分析研究,终于认清了这些反常现象的规律性,并从玻璃结构上释明,从而建立起合理的氧化硼与氧化铝的部分物理性质。

六十年代初,干福熹告别了阿本和道罗波夫的多次挽留,回到了长春光机所。有了扎实的理论基础和深厚的实践功底,他开始了建立玻璃性质计算体系的工作。他系统地研究了硅酸盐玻璃成分和物理性质的关系,将已知的文献数据和系统的实验测定所得的数据,用微分法和替代法进行处理,求得了36种氧化物在硅酸盐玻璃中的8种部分物理性质,并利用简单的加和法则来计算玻璃性质。这在当时是国际上最完整的计算方法。七十年代,在那艰苦的岁月中,干福熹已失去了从事科研工作的正当机会,但在劳动中他继续研究了非硅酸盐玻璃,如硼酸盐和磷酸盐等无机氧化物玻璃的性质变化规律,分别推出各类氧化物玻璃性质的计算方法,建立了整个无机氧化物玻璃物理性质统一的计算体系,这一计算体系可以用于计算45种氧化物的各种无机玻璃的11种物理性质。七十年代后期,为适应玻璃在一些新的科学技术领域中的应用,他进一步确定了氟化物、硫系化合物等非氧化物玻璃物理性质的计算方法,建立了整个无机玻璃物理性质的计算体系。该计算体系包括50种氧化物、17种氟化物、12种原子的无机玻璃的15种物理性质的计算。该计算体系也可以计算搪瓷、瓷釉的物理性质。20年后,俄罗斯著名玻璃科学家麦苏林教授在1998年的第18届国际玻璃大会上作了对国际上各种玻璃性质计算方法的评述报告,他认为至今干福熹提出的玻璃性质计算体系最为完整,在国际上处于领先地位。干福熹在取得成绩以后,没有停止前进的步伐,他总想把理论研究成果应用于实践和生产。为了提高计算效率,在当时计算机应用还不普及的情况下,他在国内外首先采用了电子计算机计算玻璃性质和设计玻璃成分,编制了性质计算和成分设计的程序,并建立了数据库,使得以往难以想象的多组分玻璃成分的自动设计成为现实,使玻璃的计算工作产生了新的变革。

科学的追求,对未知科学问题的求解,是科技工作者从事基础研究的最大动力。在建立玻璃计算体系的几十年中,干福熹没有获得重大科研项目的支持,更没有去想今后的名和利,无论在各种环境中,他始终坚忍不拔,勇于追求,敢于突破,精益求精,这就是我们要提倡的科学精神。

撰稿人:姚劲松

点 评:

干福熹先生从五十年代初想解决玻璃设计问题,到1956年留苏,一方面系统研究玻璃的基础理论,另一方面深入第一线,经过几百次的试验和分析研究,认清了“硼反常”和“铝--硼反常现象”。从六十年代初回国,不断深化对无机玻璃的认识,到七十年代虽失去科研工作权利,仍在劳动中继续研究非硅酸盐玻璃。七十年代末,不懈努力终于结出硕果--建立了整个无机玻璃物理性质的计算体系。他精益求精的科学精神,理论联系实际的学风,淡泊名利,注重事业的品质,值得我们学习。

  打印本页 关闭本页
© 1996 - 中国科学院 版权所有 京ICP备05002857号  京公网安备110402500047号  联系我们
地址:北京市三里河路52号 邮编:100864