



在長達半個世紀的晶體材料學科研攻關、教學育人生涯中,他堅持“心有大我、至誠報國”的理想信念,把愛國之情、報國之志融入科技強國、教育強國建設之中
今年,是我國著名晶體材料學家、教育家,中國科學院院士,山東大學原副校長,山東大學終身教授蔣民華誕辰九十周年。
作為我國功能晶體研究和開發的先驅者和帶頭人之一,蔣民華以“教育家的寬廣胸懷、科學家的戰略眼光、實干家的使命擔當”,一次次將中國晶體材料學的發展帶到國際領先位置,提升了中國晶體材料學在國際晶體材料領域的話語權。
在長達半個世紀的晶體材料學科研攻關、教學育人生涯中,蔣民華堅持心有大我、至誠報國的理想信念,把愛國之情、報國之志融入科技強國、教育強國建設之中,融入服務國家重大戰略需求和經濟社會高質量發展之中,服務國之所需,展現山大擔當。
胸懷祖國,勇攀高峰
蔣民華1935年出生于浙江臨海。讀初中時,他初探化學世界之妙,從此終生不渝。當時物理、化學兩位老師深厚的學養、生動的授課、優秀的品格,進一步激發了少年蔣民華對物理、化學的濃厚興趣,為他打下了扎實的學科基礎,而且在他心中埋下了教書育人、科學報國的種子。
1952年,蔣民華提前從中學畢業,參加高考,以第一志愿考入了山東大學化學系,走進他向往已久的大學校園。多年之后,他在《高考與浙大情結》一文中回憶道:“我在浙江臨?;仄种袑W高三春班上學,突接通知,要我們提前畢業和應屆的秋班同學一起參加高考,國家建設太需要人了。那時高中畢業生數量很少,全國一共才幾萬人,學校動員大家都去報考,為祖國建設而升學”,填志愿時他“第一志愿選擇化學系”。
命運的考驗在此時來臨。1953年,蔣民華以優異的成績考取了留蘇預備生,到北京學習。正是躊躇滿志時,他卻因臺灣親屬關系,成為那批留蘇預備生中唯一不能出國的人。蔣民華獨自跑到故宮御花園坐了一整天,“該怎么辦,就這樣算了”?他又不甘心,于是暗下決心,在國內更要做出一番成績。
1956年,蔣民華以全優成績從山東大學化學系畢業,留校任教。兩年后,他被學校派往廈門大學,師從物理化學家、化學教育家、中國結構化學的開拓者和奠基人盧嘉錫進修晶體學。蔣民華跟隨盧嘉錫制作大量晶體的宏觀和微觀模型,逐步接觸晶體測量和測定晶體結構實驗,對晶體的微觀特征“周期性”、宏觀特征“對稱性”,以及各向異性有了較為本質的認識。蔣民華漸入佳境了。很多年后,他還記得當時盧嘉錫講過的一個例子,利用晶體的壓電效應來校表,幾秒鐘即可完成,而毋須24小時才見分曉?!霸瓉砭w在科學技術上是那么有用?!?/p>
可是,盧嘉錫又說,“中國還制造不出晶體,只能用人家的材料”。蔣民華心中由此萌生了研究晶體的想法。
1958年,蔣民華開始了他晶體生長的生涯,起步的晶體是水聲、電聲用的壓電晶體酒石酸鉀鈉(KNT)。當時的人工晶體在國外剛剛興起,在國內還鮮為人知。人工晶體什么樣?晶體如何生長?沒有經驗、沒有設備、沒有內行,也很少有同行,一切從零開始。
蔣民華曾撰文《重返青島老校園》,回溯他培養出第一塊KNT單晶的情景:當時的條件極其簡陋,用金魚缸當恒溫槽,以標本瓶作育晶器,原料則由張裕葡萄酒廠發酵釀酒時析出的酒石轉化而成。把晶芽粘在玻璃棒上作籽晶。恒溫槽里的籽晶在旋轉,他的心也隨著晶體的生長在跳動,唯恐有一點閃失??粗D動中的晶體一點點長大,心里有說不出的高興。“但美麗而嬌嫩的晶體在取出后,因溫差而在手中炸裂時,我的心也像碎了一樣?!?/p>
此后,他對“結晶”的含義才有了切身的體會,也開始懂得了“細節決定成敗”,“碎裂是單晶的軟肋”的真理。經過數年的努力,蔣民華和他的同事們終于突破了培養大晶體的關鍵技術,生成第一塊重達10公斤的KNT大單晶。
20世紀60年代,蔣民華又把主攻方向轉向綜合壓電性能更為優良的磷酸二氫銨(ADP)晶體,終于找到最佳的生長條件,長出了高質量的ADP大單晶,滿足了聲吶試驗的需要。
縱然身處動蕩的十年,蔣民華也未曾停下科研的腳步。1969年,因國防需要,國家下達了從重水中生長磷酸二氘鉀(DKDP)晶體的任務。蔣民華白天挨批斗,晚上仍不間斷地搞晶體生長實驗?!笆Y先生曾給我講,最艱難的時候,他們用下水道水管生長晶體。那種艱難環境可想而知。”山東大學教授王繼揚說。在這樣的鍥而不舍之下,山東大學的晶體材料探索從未停止過。
經過十余年的研究,蔣民華從生長實踐中敏銳地發現,盡管KDP和DKDP晶體類似,但DKDP晶體存在單斜和四方兩相,正是從其單斜穩定相區以四方亞穩相生長出優質晶體。這項研究成果以英文發表在《晶體生長》(Journal of Crystal Growth)上,這一成果在國際上引起強烈反響。當時國際上普遍認為從亞穩相生長不出好晶體,作出這一論斷的美國時任國際晶體生長組織主席、貝爾實驗室的勞迪斯(R.Laudise)博士來到中國,當他在蔣民華陪同下看到從亞穩相中生長的優質晶體時感嘆不已,當場表示要修改其所著《晶體生長》一書中的論斷。
回國后,勞迪斯發函邀請蔣民華參加當年在莫斯科召開的第八屆國際晶體生長會議,蔣民華的參會受到極大重視,交了很多國際朋友,為中國晶體走向世界創造了機會,為中國參加國際晶體生長組織奠定了基礎。
1979年10月,在充滿希望的“科學的春天”,蔣民華前往德國科隆大學晶體學研究所訪問。德國科隆大學結晶研究所老所長豪休沒有指望蔣民華在三個月內能干成什么事,要他自己安排到各個實驗室轉轉。蔣民華卻充分利用那里的科研條件終日在實驗室里工作,尋找新材料、合成和生長出晶體,不到三個月時間便搞出一種新的有機晶體——樟腦酸丙酮,測量了它的壓電和電光性能并寫出論文。這樣的結果和速度令豪休對這位年輕的中國學者刮目相看,也由此拉開此后十年彼此間良好合作和人員交流的序幕。出于對中國的喜愛,豪休七十歲高齡時開始學習中文,并多次訪問中國。
需求牽引,至誠報國
晶體材料是以單晶組成的材料。從航海到航天,從自動控制到智能技術,從計算機到通訊,從生命科學到醫療技術,從民用技術到國防科技,沒有哪一門高新技術能離開晶體材料。以國家需求為導向,也成為蔣民華一生中進行晶體材料研究的基本出發點。
1978年,我國功能晶體材料專家、山東大學教授王繼揚剛來到山東大學晶體材料研究室工作,蔣民華對發展晶體材料科研工作的迫切,讓他印象深刻。“我剛到研究室第二天便被蔣先生派往北京學習。雖然只有短短兩周,但作用很大。”1983年,蔣民華為建設國家級科研平臺嘔心瀝血。王繼揚曾回憶那段時間,他隨蔣民華背著幻燈機四處奔波,到教育部、國家科委和國家計委等單位匯報山東大學晶體成就?!拔覀冇米灾频幕脽羝蚋骷夘I導展示山東大學生長的晶瑩剔透DKDP、KTP和NYAB等晶體,講述它們的重要性和意義?!蓖?,山東大學晶體材料研究所獲教育部批準成立。此后,從三人小組到研究所、從單一生長方法到多種生長方法、從單一晶體生長到晶體結構、晶體物理和應用研究,山東大學晶體事業一路疾馳,發展壯大。
六年后,1984年,蔣民華牽頭創建的山東大學晶體材料全國重點實驗室獲準在山東大學晶體材料研究所的基礎上成立,并成為我國首批建設的10個國家重點實驗室之一。
1987年,晶體材料全國重點實驗室通過驗收并正式開放運行。蔣民華首先將“需求牽引、單晶為本”確立為晶體材料全國重點實驗室的根本方針和發展理念。“需求牽引”是指錨定國家重大戰略需求,擔國家責、做國家事,承擔國家重大任務、重大工程,驅動實驗室在破解“卡脖子”難題中鍛造戰略科技力量;“單晶為本”是指實驗室晶體“長得出、長得大、長得好”的核心優勢,以單晶研發為基礎,貫通從基礎研究到產業應用的創新鏈條,打造中國晶體策源地。蔣民華與祖國同心、為人民服務的赤誠與高瞻遠矚的戰略眼光,清澄可鑒。
其時,國際上出現了一種新的高效激光倍頻晶體——磷酸鈦氧鉀(KTP),對設備和工藝條件要求很苛刻。美國只有少數實驗室在極保密的情況下,在高溫高壓條件下進行研制。通過國內外調研和綜合分析,蔣民華敏銳感覺到這是一種非常有前途的新材料。于是立即組織精兵強將,結合我國實際另辟蹊徑。他選定助熔劑法為主攻方向,從基礎研究入手,系統地研究了KTP在磷酸鹽助劑中生長的物理化學過程,以及不同助熔劑和工藝條件對KTP晶體生長的影響,開創熔鹽法生長KTP晶體,首次實現助熔劑生長KTP晶體的工藝突破。
1985年,全世界除美國之外的第一塊KTP晶體在山東大學誕生。經日本權威機構全面測試,主要指標超過美國同類晶體,并實現了高質量穩定批量生長,在國際上開創了將助熔劑法用于批量生長非線性光學晶體的先河。為了讓技術出口實現突破,蔣民華親自到廣交會上推銷KTP晶體產品,1986年《人民日報》以“教授言商”為題專門進行了報道。高質量KTP晶體打破了國外的技術封鎖,實現我國高技術產品出口“零的突破”。時至今日,這種晶體仍然是應用最廣泛的晶體之一,在激光打標機、激光焊接機、激光加工器等領域廣泛使用。
曾有人好奇,為什么蔣民華總能看準學科的發展方向,解決重大問題?
蔣民華的回答簡簡單單,始終不變:“祖國的利益至上。國家需要什么,我們就研究什么?!?/p>
1989年6月,863新材料領域專門成立人工晶體專家組,負責協調我國人工晶體基礎研究和應用轉化。中國科學院院士、晶體物理學家閔乃本任組長,蔣民華任副組長,負責協調統籌各個研究機構的力量協同攻關,為我國人工晶體研究和產業化做了許多工作。其后,蔣民華又擔任了國家863計劃新材料領域功能材料專家組組長,并擔任863新材料領域第三屆首席科學家。胸懷家國大義,蔣民華把863新材料領域的工作放在首位,前瞻思考,不辭勞苦走遍大江南北深入調研了解我國新材料領域現狀,對許多前沿課題,特別是針對我國新材料研究短板進行了有序布局。
同一時期,深紫外非線性光學晶體氟代硼鈹酸鉀晶體(KBBF)的研究正處于關鍵階段。這種可用于深紫外波段的晶體于20世紀90年代初便已由中國科學院福建物質結構研究所、中國科學院院士陳創天團隊合成,按照“陰離子基團”理論的預測,這是第一個可以實用于深紫外波段的晶體。但直至1999年,由于其獨特的層狀生長方式,導致難以突破實用所要求的2mm厚度難關。
為了解決這一難題,蔣民華團隊加入進來。他派王繼揚帶隊,與劉耀崗、魏景謙教授,以及博士生張承乾等人,與陳創天團隊共同努力,進行晶體生長技術攻關,用不到兩年的時間,采用自發成核方法終于在實驗室首次生長出厚度超過2mm的KBBF晶體,并從中加工出20mm×20mm×1.8mm的晶體器件。隨后,陳創天和中國工程院院士許祖彥等發明了耦合棱鏡專利方法,于2003年首次獲得了深紫外諧波光輸出。
KBBF研究從中國科學院福建物質結構研究所起步,由中國科學院理化技術研究所、山東大學和中國科學院物理研究所等科研機構在國家“973”計劃等支持下完成,實現了三個國際首創,獲得兩項世界紀錄,被稱為“我國不同單位通力合作攻關的典型成果”。KBBF晶體及器件也成為我國向西方工業國家禁運的首個高技術產品。基于這一成果,蔣民華與陳創天、許祖彥共同獲得2007年求是杰出科技成就集體獎。
KDP是目前唯一可以用于慣性約束聚變(ICF)“神光”工程的關鍵材料,國際上對此實施禁運,成為制約“神光”工程順利進行的最大阻礙,負責“神光”工程的領導曾用“卡脖子”評述這一困難。在蔣民華的領導、支持下,山東大學晶體所經過幾代人的努力,幾十年的堅持,使山東大學的大尺寸晶體在新時期國防基石的建設中起到了關鍵作用,被譽為“國家的寶貝”。
由于為我國功能晶體作出卓越貢獻,1991年,蔣民華當選為中國科學院學部委員(現中國科學院院士)。并先后獲國家發明一等獎、國家科技進步獎二等獎、何梁何利科學技術進步獎、亞洲晶體生長與晶體技術獎,被評為全國優秀科技工作者、全國先進工作者,榮獲全國五一勞動獎章。
中國工程院院士、山東大學校長李術才談到,蔣民華創建的山東大學晶體材料全國重點實驗室,為山東大學晶體材料學發展打下堅實基礎,為我國相關學科發展培養、輸送了大批人才。“蔣民華院士一生秉持‘勇攀高峰’信念,躬身踐行教育家精神、科學家精神,始終堅持服務國家重大急需,助力解決關鍵核心領域‘卡脖子’問題,開創了晶體材料研究的壯麗事業,為服務國家高水平科技自立自強貢獻了晶體力量、山大力量。”
育晶育人,啟智潤心
自1956年畢業留校,蔣民華畢生光陰傾注教育,率先垂范,因材施教,為山東大學學科建設和發展作出重要貢獻。
1989年,徐現剛成為蔣民華的學生,攻讀凝聚態物理博士學位?!暗谝淮我妼熐昂芫o張。”他笑著回憶。徐現剛此前對晶體材料知之不多,蔣民華簡要講了講晶體生長的原理和用途。“蔣先生很厲害,那次晚上見面沒講一會兒,就把我的興趣轉到材料化學領域了。晶體化學的基本原理也講得很清楚,這為我日后學習、科研打下了良好的基礎?!庇性鷮嵨锢韺W基礎的徐現剛,從此在導師引導下投入MOCVD化合物半導體材料的外延生長以及器件制備研究。作為國內最早進行MOCVD技術研究的團隊核心成員,他與這個產業結下了不解之緣。
“我們之所以現在在半導體發光器件、半導體激光器、碳化硅晶體等領域取得一系列成果,離不開他20多年前所指引的研究方向?!毙飕F剛說,“比如碳化硅晶體,就是蔣民華院士2000年左右提出的研究方向。當時大家只知道這種單晶各項指標很優秀,但并不掌握制備它的方法”。
山東大學晶體材料研究院院長、晶體材料全國重點實驗室常務副主任于浩海2003年考入山東大學攻讀博士學位,師從蔣民華的學生、山東大學教授張懷金。在晶體生長課堂上,蔣民華為他們講了第一課。“晶體生長不只是一門技術,而且是一門藝術?!笔Y民華這句話讓于浩海倍感震撼,銘記至今。
從晶體材料學出發,蔣民華帶領山東大學晶體材料全國重點實驗室陸續建立了凝聚態物理碩士點、博士點和博士后流動站,至20世紀90年代,又相繼設立材料科學與工程一級學科博士點,與化學學院共同建立了無機化學博士點,并獲批凝聚態物理國家重點學科。一批批風華正茂的青年學者、工程技術人員從這里起步、成長,走向更重要的崗位。
破除門第觀念,傾力提攜后輩,是蔣民華留在后輩心中溫暖的記憶。很多當今晶體化學領域里的學者,在求學、成長的關鍵時期都曾受過蔣民華的指導。
中國工程院院士、天津理工大學功能晶體研究院教授吳以成45年前第一次見到蔣民華時,還是中國科技大學準備碩士論文答辯的研究生。站在答辯席上難掩緊張的吳以成發現,身為答辯委員會主席的蔣民華頗具學者風范,而且十分和藹,“他對我的無機材料研究工作做了非常詳細的點評,并且為我后續的研究方向作了指導”。
更令吳以成感到驚訝的是,蔣民華那次還帶了一本自己的專著《晶體物理》,送給時任中國科技大學副校長、著名物理學家錢臨照。一名化學家能夠寫一本物理學著作,吳以成覺得“這位前輩功力深厚”,直到自己也深入結構化學研究多年,他逐漸領悟到晶體物理在晶體材料學中的重要意義。
此后很久,吳以成未再與蔣民華聯系,直到一次遇到科研難題,想借到濟南開會之機請教?!按颐β撓岛螅Y先生立刻讓我到他辦公室里。他很忙,但抽了下午一個多小時時間,耐心請我講,細心給我解答,就像對待自己的學生一樣傾囊相授。要知道,那才是我第二次見到他?!睍r隔多年,那個下午在吳以成心中歷歷在目。此后,他參與導師陳創天的研究項目,與蔣民華團隊密切合作,前輩們團結協作、攻堅克難的精神對他產生深遠影響。
與吳以成一樣,中國科學院院士,浙江大學材料科學與工程學院教授、半導體材料研究所所長、浙大寧波理工學院院長楊德仁初見蔣民華的感受也是思維敏銳、親切和藹,“思考問題站位高,前瞻性強,還像長輩一樣關心我們,在他身邊沒有任何壓力”。2000年,楊德仁36歲時獲評教育部長江學者計劃特聘教授,蔣民華欣慰之余叮囑他“一定要保持謙遜低調”?!斑@和我的導師闕端麟院士一樣,既有老一輩科學家的謙虛,也充滿對后輩發自內心的關愛?!比缃褡约阂惨殉砷L為中國科學院院士,楊德仁將老一輩的教誨和精神傳遞給學生們。
青年時代就曾受過蔣民華鼓勵的中國科學院院士、清華大學材料科學與工程研究院院長南策文說:“蔣先生對年輕人的關懷、幫助、提攜非常大,他是我、乃至我們這一代受過他關愛的后輩學生中的楷模,永遠是我學習的榜樣?!?/p>
蔣民華治學嚴謹,待人寬厚溫和。在眾多弟子、后輩的回憶中,他從不高高在上,對學術、科研要求甚高但不苛刻。緊張繁忙的工作之余,他愛好廣泛,知識面也廣。楊德仁回憶到,有一年在紹興開會,恰在蘭渚山下。會議間歇大家游蘭亭,蔣民華興致所及,脫口背誦《蘭亭集序》全文,讓楊德仁印象非常深刻。對文史興趣濃厚的蔣民華,常與楊德仁聊歷史典故,兩人忘年而交。
蔣民華曾創作《晶體賦》,將自己超過半個世紀與晶體材料相伴的感悟傾注筆端,把科學與人生、育晶與育人融為一體。“……成晶與做人何其相似。育晶與育人相輔相成。純潔透明,晶體人格化。光明磊落,人格晶體化。美哉,人工晶體,智慧與心血的結晶。偉哉,育晶之人,奉獻晶體凝練自己。壯哉,晶體人生,人晶融合始終如一?!笨羁钌钋?,浸透紙背。
2011年5月6日,蔣民華因病在濟南去世。享年76歲。然先生之風,山高水長。十幾年來,老友、同行、學生、親人的追憶、思念與緬懷從未止息。
直到今天,山東大學晶體材料全國重點實驗室網站首頁,仍醒目地掛著蔣民華提出的“需求牽引,晶體為本,敬業團結,育晶育人”十六字要求。
王繼揚說,十幾年來,他做過很多的夢,幾乎所有的夢境都會在醒來時忘記,唯有兩個場景清晰如真,“一個是夢到母親在床頭坐著,一個是蔣先生從屋外走進來喊我?!?/p>
于浩海始終記得蔣民華重病期間與他的兩次談話,每每想起總是動容。那時于浩海剛博士研究生畢業留校兩年多,進行視覺激光的研究?!笆Y先生對我講了這門研究的前沿和要點問題,那時他已經不能在科研一線工作了,但對學科的最新發展依然很關注,思維也很敏捷,關鍵點抓得很準。”第一天談話結束,于浩海離開醫院后,蔣民華又想起還有個專業問題可能沒交流清楚,專門請人帶話,叫于浩海第二天再來一次醫院,把其中一個關鍵問題交流清楚了。
徐現剛、于浩海等接受采訪時,不約而同講到“我們今天的發展,依然沿著蔣先生當年規劃的軌跡”,也同時表示在奮力追趕恩師的腳步,砥礪前行。
探究真理,敢為人先
習近平總書記2018年在兩院院士大會上指出:“我國在先進高端材料研發和生產方面差距甚大,遠未實現自主供給”,“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的,要在關鍵領域、卡脖子的地方下大功夫、集合精銳力量,作出戰略性安排,盡早取得突破”。
“面向2035的新材料強國戰略”將人工晶體列為關鍵戰略材料,指出晶體材料在運載工具、能源動力、信息顯示、生命健康等多個領域均有重大戰略需求。
立足新時代,堅守“需求牽引”理念,山東大學晶體材料學科繼承傳統、奮進前行。2019年,山東大學新一代半導體材料集成攻關大平臺成立。作為教育部首批支持的戰略科技創新平臺,平臺致力于推動我國新一代半導體、集成電路、信息技術的快速發展,滿足經濟建設的重大需求。
沿著蔣民華在新世紀之初超前布局的寬禁帶半導體碳化硅,徐現剛帶領團隊二十年磨一晶,在碳化硅生長機理、高純半絕緣創制、裝備研發及產業化方面取得了系列創造性成果。針對碳化硅單晶“長不出、長不好、難加工”的重大挑戰,提出了成核控制、能級補償和位錯復合的學術思想,發展了氣相單晶生長和寬禁帶半導體能級調控理論,先后突破了2-12英寸碳化硅單晶生長技術,在我國首次攻克了高純半絕緣碳化硅晶體制備系列技術壁壘,獲得了高純半絕緣碳化硅,應用于雷達系統的核心器件,已全面列裝到先進戰機、制導武器、大型戰艦等我軍主力裝備。
當年,蔣民華帶著這些年輕人研究碳化硅,在國內開辟新領域,遇到很多困難。蔣民華一直要求大家挑重擔,鼓勵他們吃苦耐勞、勇于創新。如今,徐現剛也將這種精神傳遞給學生們,激發他們“不畏困難,探究無人之境”。
在長長的科研生涯中,于浩海逐漸理解了蔣民華先生對晶體生長理解的境界,也學著蔣民華、張懷金的樣子,努力成為他們那樣的人。“面對國家戰略需求和經濟社會高質量發展需要,實現晶體材料創新突破重任在肩、大有可為?!?/p>
時又盛夏,山東大學功能晶體材料大樓前驪歌悠揚,一批學子揮別青蔥校園,奔赴國家和人民需要的地方。不久后的開學季,新一屆同學又將心懷理想從祖國四面八方匯聚于此,深學篤行,探索創新。
山東大學黨委書記任友群談到,蔣民華扎根山東大學,勇攀科學高峰,堅持為黨育人、為國育才,充分展現了科學家精神、教育家精神。近年來,山東大學全面學習貫徹黨的二十大精神和習近平總書記給《文史哲》編輯部全體編輯人員的重要回信精神,錨定建設擔當民族復興大任的世界一流大學這一奮斗目標,深入推進人才強校、學術興校、文化引領、國際化戰略,迭代實施服務國家、學科現代化、融合發展戰略,在建設中國特色世界一流大學之路上行穩致遠,為推進中國式現代化作出新的更大貢獻。
責任編輯 陳晰