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wuhuiinciac木虫 (著名写手)
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名师介绍-----郑兰荪院士的30年
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郑兰荪院士的30年 (转载) 1977年，中国大地河流解冻，恢复了自“文革”后中断了十年的高考，570万考生潮水般涌向考场。30年后回望，那成为一个写满希望、开启未来的 点。它改写了无数人的人生，亦成为中国教育的拐点。它重建了人们对于知识的信仰，它唤起了青年人的斗志，为将来的改革开放和现代化事业培养了源源不断的人才，为国家富强和民族复兴打下了良好基础。今天，高考恢复之后培养的知识分子已经日益成为中国社会建设和发展的中坚力量。 中国科学院院士郑兰荪，正是当年赶考人中的一名。三十年来家国，八千里路云月。从那个点出发，他走上了科技报国的路—— 郑兰荪：1954年生，江苏吴中人，厦门大学化学化工学院化学系教授。1977年考入厦门大学化学系，1982年作为我国改革开放后第一批公派赴美留学生，师从诺贝尔化学奖获得者斯莫利。长期从事碳原子团簇研究，并取得重大突破，曾获国家自然科学二等奖。2001年当选中国科学院院士。 1977—1982：一名钳工的人生拐点 郑兰荪是什么时候爱上化学的呢？ 他是1977年高考恢复后的第一届大学生，入学的时候已经24岁了，原来是厦门市一家校办工厂的钳工。他的父母都是大学教授，曾在新中国建国前留学美国、英国。这样的家庭，在那个时代里就意味着批斗、游街、挨打、抄家…… 他并没有得到多少家庭熏陶，在学校里也没有学到多少知识，高考时理化成绩最差，其中化学只考了20多分。他选报的志愿是英语系，可命运之神偏偏粗心大意，手忙脚乱，把他的档案投错了。最后，厦门大学化学系录取了他。 厦大化学系堪称国内一流，卢嘉锡、蔡启瑞、田昭武等化学家都出自这里。他年岁偏大，基础又差，但他格外珍惜这个机会，每天在图书馆里、宿舍里、实验里苦苦地禅悟，五彩缤纷的分子、原子们弥漫在他的意识里。他明白，虽然看不见，但这微观世界里的一切充满了实实在在的物质，那就是化学的天空。 这个时候，他并没有想到要当一名化学家，他只是要改变一下自己的命运，找一份工作。 对于一名未来的科学家来说，他的起步是不是晚了些？ 1982—1986：美国实验室的中国学生 窗外的社会正在发生着强烈的化学变化。 1982年初，他大学毕业了，忽然传来消息，国家要选派40名化学类赴美留学生。他马上报考，竟然考了第10名。就这样，要去美国进行硕博连读了，真是做梦也不敢想的事情啊。 到美国后，感到什么都新鲜，当天就迫不及待地登上了世贸大厦楼顶。俯瞰纽约，鳞次栉比的高楼大厦，穿梭不断的车水马龙，这和国内城市里低矮的房屋、稀少的车辆形成了鲜明对比。他想，自己的祖国什么时候也能这样繁荣和富裕该多好啊! 他被选送到休斯敦赖斯大学，师从著名化学和物理学家理查德·斯莫利教授，专业是原子团簇的激光产生和研究。 这是一个完全陌生的领域，走进人家设备豪华的实验室，面对巨大的真空系统、不锈钢腔体、电子设备、激光器、计算机，他惊愕得像一只手足无措的猴子。这些设备，他在 国内根本没有见过。 斯莫利教授对他大失所望，每次分组实验时，只有他被孤独地搁在一边。更让他难堪的是，美国政府对华歧视，因为试验经费来自能源局，斯莫利教授严肃地告诉他，这些经费不能供给来自中国大陆的学生，而且他在这里取得的一切学术成果，在论文发表时都不能署名。郑兰荪的心一下子凉了，他知道，这里的一切都不属于自己，自己只是属于那个刚刚走出泥淖的却仍然清贫的祖国! 那是一段怎样艰苦的岁月啊。 每月只有350美元，还要交房租，买资料。他每周只去一次超市，专买打折食品。每天只做一顿饭，分成三顿吃。夏天太热了，他不敢开空调。他日夜守在实验室里，恨不得浑身的器官与这些陌生的仪器们完全融为一体，融为一体。 这种东方式的刻苦精神，让斯莫利教授叹为观止。 留美第三年，斯莫利教授终于把“超冷原子簇正负离子束”课题交给了他。这是一个科学家还没有尝试过的难题，教授并没有抱太大的希望。但郑兰荪明白，这是完成学业的一道深坎，也是求学生涯的一座山峰，他必须跨越! 原子簇是比纳米更小的物质层次，属于物理、化学的交汇点。要检测离子，需要用电场加速，但离子又不能进入电场。他苦思冥想，多方求问，终于设计出了一个特殊的电子线路，既可以产生高压脉冲，又使得正负离子都能顺畅地进入加速电场。 还有很多的实验设备和仪器，需要自己动手设计制作。 一天晚上，天气异常闷热，斯莫利来到实验室，看到满头大汗、浑身湿透的郑兰荪正拿着一把铁锯，全神贯注地锯一根碗口粗的实验钢管。在他身后站了半个多小时，郑兰荪竟然没有察觉。斯莫利教授实在被这个自己冷落了三年的中国学生感动了，他走过去，掏出自己的手帕，替他擦汗，感叹地说：“兰荪，从你的身上，我知道中国的长城是这样修筑起来的!” 这个课题的成功彻底征服了斯莫利，他为此专门开了一个庆祝的“派对”。论文发表时，他不顾美国政府的禁令，坚持署上了郑兰荪的名字，并且列在第一位。 四年学习结束时，他的博士论文被斯莫利教授称为：“我指导过的学生中最富有独创性的!” 取得学位的第三天，他作出了一个惊人决定：回国!消息传出，不少朋友骂他是傻瓜，斯莫利教授挽留他，美、德、沙特等国家的有关实验室均提出优厚条件，但都被他婉言谢绝了。他清楚，在国外即使当博士后，收入也远超国内教授十倍，而且国内的研究条件也实在简陋。但在国外替人家“打工”，工作再漂亮，成果也是人家的，而在国内搞研究却是自己当家做主，成果既是个人的，更是国家的。 是的，他的根在那里，他热爱那个生他养他的地方。他已经32岁了，他知道人生中什么是最重要的! 他是同批留学生中第一个回国的，也是惟一的。 1987—1996：回国，一切白手起家 郑兰荪在美国期间，正是斯莫利教授发现C60的时候。但出于特殊原因，他始终没有让郑兰荪参与。 碳是人类最早认识的也是生命最基本的化学元素。纯碳原子由于排列形式不同而生成两种性质完全不同的物质，即石墨和金刚石，这早已是化学常识。但从斯莫利等人意外地发现了C60以后，这一原理被彻底颠覆了。这些碳分子的原子相联结既不是构成石墨的层状结构，也不是构成金刚石的三维网状结构，竟是一个恰如足球的空心笼状结构。一时间，科学界沸腾了。 这些冥冥中的由碳原子团簇构成的神秘笼状物就是富勒烯。 他回国后，世界范围内的富勒烯研究热已经升温，但在国内还是空白。 一切都是白手起家。没有配套的仪器，只有自己设计、制造。一个激光工作台，订做需要几千元，他自己动手，将旧的实验桌加固改装。核心部件“脉冲激光器”，进口要几万美元，国产的也在10万元以上。为了节约经费，他联系了苏州一家仪器厂，双方联手攻关研制，自编高性能软件，这样，只花了6000元。郑兰荪当过钳工，此时他的手艺完全被派上了用场，和他的合作伙伴也是大学时的同学黄荣彬一起，锯钢材、车零件、焊接…… 一台中国特色的激光离子源飞行时间质谱仪建成了。 碳的溶点是3600℃，而脉冲激光聚焦的温度更要高得多。在这台飞行时间质谱仪里，石墨蒸发升华成了飘渺的碳原子，又凝聚成各种尺寸与结构的碳原子团簇。他的富勒烯研究就这样开始了…… 那一年年底，当他将一幅实验记录谱图作为圣诞卡寄给导师时，大洋彼岸的斯莫利教授简直难以置信，惊讶得张大了嘴，像一只大大的足球。 不要想象试验室都是静谧的，一尘不染的。不，不，在科学家的作坊里，往往是凌乱不堪的，就像爱因斯坦的头发。在这里，填满了噪音——那是真空泵激情的呼喊，充溢着异味——那是溶液们各具风味的舞蹈。他沉浸在这里，时间的脚丫丫悄悄地从他的脸上，头发里走过，踩出了一道道细密的丝纹，白了头发，粗了容颜。 几年过去了，他记录了上万张图谱，发表了数十篇论文。 思维的世界，像是布满阴霾的天空，没有风和日丽，春光明媚，只有饱含雨意的云块们在默默地聚合着，碰撞着，酝酿着…… 哦，遥远的富勒烯。 斯莫利教授曾告诉他，科学的知识可以教你，只有SenseOfScience(科学的感觉)无法传授。 是的，那是一种神奇的感觉。而现在，他的生活和事业就是全身心地感受这种感觉，并嗅着它的芳香，牵着它的衣襟，走下去，走下去…… 科学家是谁？ 是那些在未知世界里探索的人。就像一条路，一条航道，他们探寻出来，交给大多数人去享用。又像神农尝百草，冒着生命危险，只为给后人留下治病的良方。在那个漫长的黑色隧道里，默默地忍受着一年又一年的寂寞，一万次一万次的失败，攀爬着，攀爬着，屡败屡战，屡败屡战…… 必须突破现有的实验方法! 他和他的伙伴反复试验，陆续创建了液相电弧、激光溅射、辉光放电、微波等离子体、催化热解等多种合成方法…… 这是一个无限狭窄的微观世界，却是他无限宽阔的舞台。在这里，他是将军，一声令下，杂乱无序的离子们像士兵一样整齐地分列开来；他是皇帝，一道旨意，大大小小的离子们像臣民一样按品阶分层次地各就各位；更有趣的是，他 还是一个警察，可以任意将某一个离子像犯人一样单独囚禁起来，隔离审查，拷问一番…… 他的兴趣像火苗一样，越烧越旺。这真是一个美妙的世界啊，比天空还要绚丽，比大海还要宽广，有火红的神鸟，绿色的宝石，黄色的魔杖…… 可他在现实世界的生活却是简约又单调。 他仍然保持着美国留学时的习惯，喜欢到超市里买打折食品，存放在冰箱里。他不饮酒，不抽烟，甚至不喝茶，更不用说唱歌、跳舞了，窗外的一切繁华和时尚与他无缘。吃饭的时候，别人去教工食堂，而他总是独自回家吃方便食品。 “人太多，还要排队，耽误时间。”他皱着眉头说。 “你可以晚去一会儿呀。” “那会常常碰到校长。” 妻子在家的时候，就想方设法地为他做几个菜。 吃完后征询意见：“怎么样？” “好吃，好吃，谢谢，谢谢。”他感激地说。 “那我问你，你刚才吃了什么？”妻子看着他。 “……”他想了半天，满脸尴尬。 1996—2000：铁树在悄悄孕育花苞 1996年，斯莫利教授因C60的重大发现，荣获诺贝尔化学奖，他马上致电祝贺。但让人不可思议的是，从此之后，全球范围内的富勒烯热反倒慢慢地凉了下来。原来，自C60之后，虽然多种更大的富勒烯分子如C70、C84等相继被合成出产物，但比C60小的富勒烯分子结构十分活泼且不稳定，在这方面的研究迟迟没有进展，而且原来设想工业应用的美好前景一时也无法实现。 斯莫利教授似乎对富勒烯研究也失去了信心，他也无奈地转行了，转向了火热的纳米研究。 怎么办？ 富勒烯的“红旗还能打多久”？ 国外和国内的不少同行劝他，富勒烯已从短线转成长线研究项目，再有十年也不会有新的重大突破，不如暂时放弃，转向最时尚的纳米材料研究。因为富勒烯与纳米材料仅是一墙之隔，极易打通。 郑兰荪婉拒了朋友们的善意。 基础研究是一切科学大厦的基石，基石虽然埋在地下，却是最重要的。真正的科学家就是要耐得住寂寞，虽然在短时间内可能没有论文，没有成果，没有掌声，但关键的是要坚持，坚信。哦，亲爱的富勒烯，如此美妙的一个笼状结构分子，一个刚刚从泥塘里走出来的丑小鸭，他肯定会变成惊艳世人的白天鹅! 前面是白茫茫的沙漠，他在渴望着那一片绿洲，那一条小河；周围是黑漆漆的夜晚，他在期盼着那一轮明月，那一缕星光…… 上万次枯燥的重复，上万次黑色的失败，这就是科学家的寂寞。寂寞是一种生活，是一种煎熬，更是一个炼狱。 真空泵在“嘭嘭”的震响，弧光在白亮亮地闪烁，红色的、黄色的、褐色的溶液在瓶瓶罐罐里，在粗粗细细的管道里流动着，变幻着，也在他的心底里、血管里流响着……他真是恨不得这所有的仪器和溶液就是自己的手指、眼睛和血液，抑或就是自己的意志。转眼间，富勒烯材料变成了社会的新宠，丰富了人类的文明，温柔了世界的笑容…… 但同时，他又苦苦地笑了，摇了摇头。像一棵漫长岁月里的沉闷的铁树，花苞在悄悄地孕育。 寂寞的花瓣第一次绽放。1997年冬天，他的课题组终于制备出了具有C60碎片骨架结构特征的C20CL10氯代碳簇。这一成果在美国最权威的化学刊物《美国化学会会志》发表后，立即引起了世界关注。 一抹粉白的幽明，一缕鹅黄的曙光。 铁树的花瓣仍在慢慢启动： 合成出一系列全氯代富勒烯碎片；发现C60形成与石墨晶面取向的关联；探明碳原子簇的催化生长规律…… 每天早上8点钟，他准时走进试验室。 试验室门口有一株老老的榕树，浓浓的叶片，密密的胡须，是一位无言的智叟，见证了这个岁月流转、珠玉苍黄的历程。 他虽然不再年轻，但他的心依然澎湃。扫描隧道显微镜下，温度被设定在零下270度，这里是一个最温馨的世界，在这里，可以清晰地看到那一个个排列有序自然对称的分子，像一片片圆圆的鱼鳞，像一枚枚丰满的馒头，那是大自然神奇的奥秘，在与他对视，在向他诉说，在邀他破译…… 粗粗细细的管道里，各种色彩的溶液在悄悄地流动，他似乎听到了那美如天籁般的“淙淙”的声响，那是宇宙间最动听的音乐，最妙曼的神曲，最美媚的诱惑…… 2000—2007：他们哭了，他们笑了 “郑老师，快来看……” 他的助手谢素原兴奋地走进门来，向他喊道。 这是2000年2月初的一天。课题组人员用微波等离子体和氯仿合成出1克左右的黑色粉末状混合物，微微散发臭味。 混合物内含100多种物质，细细分离后，通过质谱，发现一种奇异的原子团簇，且比较稳定。 郑兰荪眼前一亮。通过反复检测，质谱确定这种分子包含了50个碳原子和10个氯原子。 他们围在一起，兴奋地商讨着，推测它的结构，怀疑还是像其他的富勒烯碎片一样，是一个破缺的笼子。 会不会是一个比C60更小的笼子？ 如果是那样，意义就更大了。 但这一切都是猜想。只有制备出足够量和足够纯的实物，才能通过核磁共振图谱精确表征出它的结构。 一场连续数年的紧张而又激烈的攻坚战开始了…… 几乎就在郑兰荪遥望到C50CL10背影的同时，他的妻子身上不幸被发现了一种人类最可怕最无奈的细胞，且已到了中晚期。 多年来，妻子为自己付出了太多，却很少得到自己的关心。恩爱夫妻，总感觉来日方长，却没想到去日无多，郑兰荪愧心如海。 妻子住院了，他每天大部分时间都陪护在身旁。只有伺侯妻子睡下后，他才打开随身的电脑，去会见他的富勒烯。 实验仍在一步步地前行着。合成与分离工作的难度太大，半年之内竟然粒颗无收。 2001年9月，研究组的女博士生高飞承担了主要的合成与分离工作，并重新设计制做了一套电弧分离装置。这套装置庞大且笨重，仅一个真空锅盖就上百斤重，需要用千斤顶开启。一年之后，终于分离出100克混合物，但其中C50CL10的含量还不到万分之一。 如何将它分离和提纯？ 从萃取到高效液相色谱，整个分离过程持续了整整一年半时间。最后一轮的分离是在北京中科院化学研究所实验室完成的，最终纯化的产物仅仅只有1.6毫克。 凝望着静卧在瓶底的那一点点土黄色实物，他们哭了，他们笑了。这是地球上诞生的第一簇纯粹的C50CL10啊。 2004年4月30日，国际科学界最权威杂志《科学》上发表论文。论文审稿者称“这是一项具有里程碑意义的工作!”斯莫利教授也发来邮件祝贺，称赞这是“令人惊奇的突破”。接着，国际上数十种科学媒体都在第一时间里进行了高度评价。 成功捕捉C50之后，他们的脚步更快了。 2006年以来，郑兰荪课题组又陆续合成表征了两种C60的异构体。至此，他的课题组经过20年探索，已经合成出数十种特殊构型的新型富勒烯及相关碳原子团簇分子，揭示了富勒烯的结构特征，并建立了反映团簇形成机理的动力学方程，求解了形成分布函数，为揭示这一长期困惑科学界的难题提供了明确的实验证据。 2005年10月，斯莫利教授因病去世，临终之前，这位“世界富勒烯之父”仍然在关注着郑兰荪及中国的富勒烯研究。斯莫利教授去世了，隔着宽宽的太平洋，把一个巨大的火炬递给了他。 郑兰荪的业余兴趣之一是听音乐，他喜欢莫扎特、舒伯特，还有肖邦。欢快、舒缓的乐曲像明媚的阳光一样照亮了他的灵魂，草绿色的、杏黄色的音符在空中飘浮着、聚散着、回响着，像富勒烯家族里那些顽皮、诡谲而又可爱的原子们…… 是的，这是一个鲜活、灵动的世界，一切都在酝酿中，一切皆有可能! http://www.cas.cn/html/Dir/2007/06/11/15/04/40.htm [ Last edited by wuhuiinciac on 2007-6-15 at 08:49 ] |
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