侯宗余：“擊穿”LIBS定量分析難題

干思思

一束高能脈沖激光，聚焦，“啪”的一聲打在待檢測(cè)的樣品上。因?yàn)檫^高的瞬時(shí)功率和能量，樣品表面立馬出現(xiàn)燒灼，一小團(tuán)等離子體以“特征光譜”的形式被記錄下來(lái)，經(jīng)過分析、比對(duì)，待測(cè)物質(zhì)的本來(lái)面目就浮出水面。這就是清華大學(xué)能源與動(dòng)力工程系熱能動(dòng)力仿真與控制研究所助理研究員侯宗余開展的激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱LIBS）研究。

定向和定量皆是難題

2008年，從清華大學(xué)熱能工程系畢業(yè)的侯宗余獲得直博資格，選方向成為擺在他眼前的一道難題。尋覓了一兩年，直到遇見LIBS。在侯宗余看來(lái)，這個(gè)技術(shù)從最初的原理研究到動(dòng)手搭建試驗(yàn)臺(tái)，乃至后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、模型檢測(cè)及實(shí)際應(yīng)用，都十分有意思。

21世紀(jì)，消沉多年的LIBS隨著高精尖儀器的突飛猛進(jìn)，重新站在了探測(cè)研究的風(fēng)口。這時(shí)候，定量分析可以做到，但受制于可重復(fù)性差、準(zhǔn)確性低兩大難題，依舊不容易。

侯宗余博士畢業(yè)后在國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院、清華大學(xué)精密儀器系和能源與動(dòng)力工程系對(duì)此開展攻關(guān)任務(wù)，瞄準(zhǔn)定量化這塊硬骨頭，從等離子體產(chǎn)生、演化，模型算法和儀器等多角度入手鉆研。功夫不負(fù)有心人。在準(zhǔn)確性機(jī)理方面，他揭示了光譜信號(hào)不確定性產(chǎn)生的機(jī)理，并發(fā)明了空間約束、光束整形等一系列等離子體調(diào)制技術(shù)，使得LIBS信號(hào)可重復(fù)性提高2倍以上；面向算法、模型的優(yōu)化，他建立了基于等離子體物理規(guī)律和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的LIBS定量分析模型，發(fā)明了基體匹配算法等，使得LIBS測(cè)量精度提高3倍以上；研發(fā)的相關(guān)儀器，安全可靠，為煤炭、冶金、水泥等流程工業(yè)的智能化發(fā)展提供了“火眼金睛”。這些成果得益于基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用的兩手抓，為L(zhǎng)IBS大規(guī)模商業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

把技術(shù)落到實(shí)處

近幾年，侯宗余發(fā)明的專利與項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的其他10余項(xiàng)專利，以許可或轉(zhuǎn)讓方式通過美國(guó)TSI公司、國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院等國(guó)內(nèi)外多個(gè)公司獲得轉(zhuǎn)化。這是領(lǐng)域內(nèi)第一次實(shí)現(xiàn)向發(fā)達(dá)國(guó)家領(lǐng)頭企業(yè)輸出專業(yè)技術(shù)，是中國(guó)技術(shù)走進(jìn)國(guó)際視野的縮影。從引進(jìn)受限于人，到輸出創(chuàng)造效益、制定規(guī)則，背后是侯宗余和團(tuán)隊(duì)數(shù)十年來(lái)的心血。他們懷揣一顆為能源事業(yè)服務(wù)的熱心，在煤炭、金屬、水泥分析的離線樣機(jī)或在線系統(tǒng)方面持續(xù)推進(jìn)。

讓研究不斷取得階段性突破，產(chǎn)生社會(huì)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，侯宗余不敢獨(dú)自居功，稱團(tuán)隊(duì)間的默契配合是科學(xué)研究發(fā)展的重要一環(huán)。在介紹隊(duì)伍時(shí)，他表示，在負(fù)責(zé)人王哲教授的領(lǐng)導(dǎo)下，隊(duì)內(nèi)分工明確，碩、博生組成了一個(gè)面向理論研究的前期小團(tuán)隊(duì)，工程師們則構(gòu)成了技術(shù)、產(chǎn)品的后期應(yīng)用小團(tuán)隊(duì)。從小到大，小環(huán)節(jié)分別占據(jù)領(lǐng)域全鏈條的一部分，全方位服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

除了“一條龍”的發(fā)展模式，侯宗余還指出，做研究要與不同的人去交流，才有可能利用學(xué)科交叉碰撞出新火花。“有次跟導(dǎo)師去開會(huì)，跟做激光的人聊天，突然就想到我們?yōu)槭裁促I了激光器就直接用，而不研究一下光束形狀對(duì)測(cè)量有沒有影響呢？”這種思維的碰撞，讓侯宗余產(chǎn)生興趣，輔助數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)等驗(yàn)證，也幫他贏得了國(guó)家自然科學(xué)基金委的支持。

把技術(shù)落到實(shí)處，真正讓它在生產(chǎn)生活中起到作用。這是侯宗余對(duì)自身工作發(fā)展的定位和愿景。同時(shí)，他也清楚地知道，開疆?dāng)U土不急于一時(shí)，一步步走扎實(shí)，總能等到化學(xué)分析“巨星”的升起。