公元前，古埃及和正處戰(zhàn)國時(shí)期的中國便開始制造玻璃。最初，這種從天然晶體中衍生出的新材料并沒有被賦予過多的使命，直到13世紀(jì)人們也不過是將其制作成眼鏡或鏡子，“點(diǎn)綴”在日常生活里。但偉大的哲學(xué)家恩格斯卻在“自然辯證法”中對(duì)這項(xiàng)發(fā)明給予了極高的評(píng)價(jià)，稱其為“當(dāng)時(shí)最卓越的發(fā)明之一”。事實(shí)證明，這一評(píng)價(jià)實(shí)至名歸。玻璃材料的革新在光學(xué)技術(shù)的迭代與迅猛發(fā)展之下，實(shí)績(jī)尤為突出——從16世紀(jì)開始玻璃就已成為制造光學(xué)零件的主要材料，二者相輔相成，為工業(yè)、國防事業(yè)作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。
▲王鵬飛
近日，中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所光子功能材料與器件研究室中再傳捷報(bào)——高通量輻射防護(hù)材料與技術(shù)學(xué)科負(fù)責(zé)人王鵬飛及其課題組研制出了寬譜高效電磁屏蔽光學(xué)窗口元件。這款光學(xué)窗口元件在1～18GHz范圍內(nèi)的電磁屏蔽效能平均數(shù)值超過50dB，可見光-近紅外透光率大于80%。這意味著各用途電子儀器儀表顯示屏、飛機(jī)和車輛視窗、光電探測(cè)器系統(tǒng)，以及在微波和電磁脈沖輻射環(huán)境下保障光電儀器設(shè)備正常工作的核心功能件的效能將更上一個(gè)臺(tái)階，但其制備成本卻不升反降。這一成果的出現(xiàn)對(duì)相關(guān)材料、鍍膜、電磁、光電等學(xué)科的交叉創(chuàng)新與持續(xù)發(fā)展起到了重要的推動(dòng)作用。
(資料圖片)
心若凌云，清風(fēng)自來
“堅(jiān)持做一個(gè)優(yōu)秀的人、一個(gè)對(duì)社會(huì)有益的人?！边@句話曾被王鵬飛寫入自己的學(xué)位論文，這是曾經(jīng)的他對(duì)實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值和社會(huì)價(jià)值的樸素要求。如今，他在中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所（以下簡(jiǎn)稱“西安光機(jī)所”）已經(jīng)耕耘了十?dāng)?shù)年之久，且建樹頗豐。但回溯昨日，他仍表示：“不敢說這個(gè)目標(biāo)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，我僅可以確定的是‘初心未改，我仍在路上’?！闭\然，真理的波濤一經(jīng)噴涌就奔流不息，理想的火焰一經(jīng)點(diǎn)燃就不會(huì)熄滅。王鵬飛對(duì)于材料學(xué)的熱愛不是一蹴而就而是日雕月琢，“踏實(shí)”“執(zhí)著”“肯干”“淳樸”……是身邊同仁對(duì)其性格打上的標(biāo)簽。不過，多年前在新世紀(jì)的鐘聲下將材料學(xué)選填為本科專業(yè)的青年不會(huì)料到，自己與此研究領(lǐng)域的緣分竟然如此之深。
從學(xué)生時(shí)代起，王鵬飛就很想為自己的專業(yè)“正名”。“材料學(xué)專業(yè)頂著‘四大天坑之一’的帽子太久了，其實(shí)這都源自專業(yè)所呈現(xiàn)出的某些負(fù)面表象——學(xué)習(xí)難度大、感覺就業(yè)前途渺茫等。一旦進(jìn)入這個(gè)專業(yè)認(rèn)真地學(xué)進(jìn)去，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)它的覆蓋面極為廣闊，而且隨著研究愈發(fā)深入，成果的價(jià)值也會(huì)愈發(fā)不可估量——因?yàn)榛A(chǔ)科學(xué)決定‘上層建筑’，一代材料升級(jí)一代器件，一代器件更新一代裝備?！闭沁@種清晰而堅(jiān)定的認(rèn)知使得王鵬飛在無機(jī)材料學(xué)專業(yè)一待就是近十年，從江西理工大學(xué)攻讀本科輾轉(zhuǎn)至天津大學(xué)攻讀博士，他從未想過轉(zhuǎn)換賽道?！爱?dāng)然，這與我遇到了一位杰出的導(dǎo)師息息相關(guān)?！彼a(bǔ)充道。
研究生期間，國內(nèi)超硬材料磨料磨具領(lǐng)域的著名專家李志宏教授對(duì)王鵬飛的言傳身教令他受益匪淺，銘記至今。“李老師研究的超硬材料磨具是精密金屬部件磨削加工的核心，解決了工業(yè)領(lǐng)域很多實(shí)際的問題。跟隨李老師，我在研究生階段參與了一些高技術(shù)陶瓷的研究項(xiàng)目，這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我今后的研究藍(lán)圖產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，讓我更看重研究工作能否對(duì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用?！边@也是王鵬飛選擇進(jìn)入西安光機(jī)所的原因。
2010年是王鵬飛踏入西安光機(jī)所的第一個(gè)年頭，這所堅(jiān)持面向世界科技前沿、國家重大需求與國民經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，以創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，開創(chuàng)性探索科技體制機(jī)制的科研院所，正在打通科技成果產(chǎn)業(yè)化的“接力棒”體系，致力提高科學(xué)技術(shù)的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化效率、速度和產(chǎn)業(yè)化質(zhì)量，但王鵬飛研究生涯的開端卻沒有如院所的發(fā)展腳步那般順利。
首先考驗(yàn)王鵬飛的便是“轉(zhuǎn)向”問題。博士畢業(yè)之際，他仍堅(jiān)守在高技術(shù)陶瓷領(lǐng)域，但面向國家需求、發(fā)展大潮，工作的實(shí)際要求需要他主攻光學(xué)玻璃。“幸而，在無機(jī)材料里，玻璃陶瓷不分家，其間的跨度并不算大?！奔幢闳绱?，科研的嚴(yán)謹(jǐn)性還是為這個(gè)初出茅廬、一腔熱血的年輕人帶來了長(zhǎng)達(dá)半年的“冷靜期”。在王鵬飛的回憶中，充盈在初期工作時(shí)光里的是分析不完的數(shù)據(jù)和閱讀不盡的案卷。不過，其間雖然有急于實(shí)踐的焦躁時(shí)刻，但他仍然將閱讀梳理工作完成得很好，且樹立了“項(xiàng)目未立，知識(shí)襯底”的研究思路，這在今后為他形成沉著、細(xì)膩的科研品質(zhì)奠定了極佳的基礎(chǔ)。參加工作很久后，王鵬飛才得知，那段時(shí)間其實(shí)也算是所里前輩、恩師陸敏悄悄“考察”他的時(shí)期，正是通過他堅(jiān)定自若的表現(xiàn)，陸敏老師才認(rèn)定他是一個(gè)可以信賴、值得栽培的接班人，繼而給予了他關(guān)于光學(xué)玻璃制備工藝的不嗇指導(dǎo)和傳幫帶，使他在西安光機(jī)所材料中心飛速成長(zhǎng)為科研骨干。
“心有凌云志，清風(fēng)生自來”的道理被王鵬飛詮釋得淋漓盡致，而他也在那段“苦其心志”的經(jīng)歷中與西安光機(jī)所達(dá)成了完美的雙向奔赴，“可以說，西安光機(jī)所是我立志成為一名材料人的夢(mèng)想搖籃，既增長(zhǎng)了我的科研視野，也錘煉了我的科研素養(yǎng)，這使我對(duì)所里的感情越來越深，十幾年來從沒有動(dòng)過離開這里的念頭”。
只問使命，無問西東
日日行，不怕千萬里；時(shí)時(shí)做，無懼千萬難。工作中的王鵬飛正是如此。2010年，進(jìn)所不到一年的他就被委以重任，參與了國家重大專項(xiàng)之一，高損傷閾值激光玻璃材料相關(guān)課題。據(jù)他介紹，我國在特種玻璃領(lǐng)域的新需求于2008年開始呈井噴式遞增，相關(guān)研發(fā)布局也是在那時(shí)就埋下伏筆。面對(duì)國家如此緊迫且重大的應(yīng)用需求，王鵬飛絲毫不敢掉以輕心。為了照看玻璃熔煉實(shí)驗(yàn)，他曾在2010年1月至2012年6月近一年半的時(shí)間里，幾乎吃住都在熔煉車間里。但即便是這樣，困難和挑戰(zhàn)還是不期而至。
困擾王鵬飛最久的當(dāng)數(shù)玻璃高溫熔制和成型問題，其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是陶瓷坩堝與金屬的封接。高溫下玻璃的黏度很小，很不穩(wěn)定，非常容易出現(xiàn)意外，而高損傷激光玻璃恰恰需要在極高溫環(huán)境下才能完成熔煉，其風(fēng)險(xiǎn)不言自明。
“封接實(shí)驗(yàn)初期的一個(gè)夜晚讓我記憶猶新，”王鵬飛講述道，“我在玻璃熔煉爐前觀察時(shí)發(fā)現(xiàn)封接實(shí)驗(yàn)并沒有完全成功，熾熱的玻璃溶液從坩堝底部汩汩滲出，但這時(shí)候我們是回天乏術(shù)的，因?yàn)闆]有方法可以阻滯這種滲漏，只能任由溶液沖破封口流到管壁之外。當(dāng)如同火山熔巖般的玻璃溶液在我們眼前發(fā)出白色、刺眼的光時(shí)，就是采取導(dǎo)流措施的關(guān)鍵時(shí)刻，不管多燙、多刺眼也必須采取行動(dòng)，將危險(xiǎn)和損失降到最低。我清楚地記得，我們當(dāng)時(shí)是用一個(gè)事先備好的U形槽鋼做的導(dǎo)流槽將玻璃液導(dǎo)流到水桶里，極端高溫加上幾十公斤的玻璃液，最后都把桶里的水加熱到沸騰了。”盡管時(shí)隔多年，每個(gè)微小的環(huán)節(jié)在王鵬飛口中仍然如昨天剛剛親歷般清晰，這是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)結(jié)束后，他曾多次總結(jié)、復(fù)盤當(dāng)時(shí)的失敗因由，力求不要重蹈覆轍。但科研的本質(zhì)終歸是在未知領(lǐng)域中幾經(jīng)摔打，用99%的失敗經(jīng)驗(yàn)去換取那珍貴的1%的成功概率。在經(jīng)歷了無數(shù)次的失敗與挫折之后，王鵬飛團(tuán)隊(duì)最終突破了330mm口徑紫外光學(xué)元件熔制、成型的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，為高損傷閾值紫外元件研制添了頭彩。他們而后又成功制備出近半米（470×470mm）口徑的紫外光學(xué)元件，為高損傷閾值激光玻璃項(xiàng)目的接續(xù)推進(jìn)鋪就了堅(jiān)實(shí)的階梯。
“無論成功還是失敗，這些實(shí)踐經(jīng)歷都讓我從中獲得了成長(zhǎng)?！蓖貔i飛的心態(tài)始終平穩(wěn)而豁達(dá)，唯一的例外是沒有親眼見證女兒的出生，這件事幾乎成為他終生的遺憾，“當(dāng)時(shí)正值科研攻關(guān)的關(guān)鍵時(shí)刻”，科研者的使命感讓他無法放下手頭的工作，只能在之后給予妻女更多的陪伴。令人感動(dòng)的是，家人也對(duì)此給予了足夠的支持與鼓勵(lì)，甘做幕后的英雄，讓他得以在工作中全心投入，只問使命，無問西東。
賡續(xù)血脈，馭勢(shì)者勝
2010年進(jìn)入西安光機(jī)所，2014年開始，王鵬飛就正式牽頭負(fù)責(zé)高損傷閾值激光玻璃和耐輻照光學(xué)玻璃的配方研制和工藝攻關(guān)等項(xiàng)目?！耙伎嫉膯栴}變得更加深入，對(duì)方向的把握也需更加全面和準(zhǔn)確，這就要求我持續(xù)不斷地輸入前沿理論來充實(shí)自己?！蓖ㄟ^廣博的閱讀和吸收，他發(fā)現(xiàn)無論是美國的國家點(diǎn)火裝置（NIF）、法國的兆焦耳激光裝置（LMJ），還是我國的神光系列強(qiáng)激光裝置，其中都大量使用了高損傷閾值的激光玻璃材料。換句話說，激光玻璃在主放大模塊和終端紫外光學(xué)元件的選材體系中有著舉足輕重的地位。目前，終端紫外光學(xué)元件大多以熔石英作為基材，熔石英雖然有著較高的體損傷閾值，能夠?qū)棺贤鈴?qiáng)激光輻照，但其后表面損傷增長(zhǎng)閾值較低，所以紫外激光損傷問題一直是限制激光聚變裝置負(fù)載能力提升的關(guān)鍵影響因素之一。
▲西安光機(jī)所光子材料室特種玻璃與光纖研究團(tuán)隊(duì)部分成員合影
于是，圍繞激光聚變驅(qū)動(dòng)光源系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)新型紫外激光元件的內(nèi)在需求，王鵬飛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展了具有高損傷閾值、對(duì)三倍頻紫外光高透的新型紫外激光玻璃研制工作。他們經(jīng)過不懈的努力，最終得出了低含氟的氟磷酸鹽玻璃可以達(dá)到指標(biāo)要求的結(jié)論，并發(fā)現(xiàn)氟磷玻璃在被高能激光輻照時(shí)，會(huì)以體發(fā)光的方式將一部分材料吸收的少量激光能量快速散發(fā)出去，避免過多熱堆積而導(dǎo)致玻璃產(chǎn)生熱致和機(jī)械損傷，這一點(diǎn)極其巧妙地滿足激光聚變光學(xué)元件對(duì)于抗激光損傷能力提升的需求。
此外，站在更為高遠(yuǎn)的視角上，我國航天和核工業(yè)相機(jī)面臨的材料難題也被王鵬飛團(tuán)隊(duì)精準(zhǔn)捕捉?！案咂焚|(zhì)和大尺寸的耐輻照光學(xué)玻璃仍需依靠進(jìn)口，這樣下去絕非長(zhǎng)久之計(jì)?！币虼耍c背后的特種玻璃材料研發(fā)團(tuán)隊(duì)再次起航，針對(duì)航天領(lǐng)域長(zhǎng)壽命光學(xué)系統(tǒng)抗輻射加固的迫切需求，研制了耐受中等輻射劑量（104～105rad）的新型耐輻照系列玻璃。成果突破了大尺寸、高品質(zhì)耐輻照玻璃關(guān)鍵制備工藝和光學(xué)參數(shù)精準(zhǔn)控制技術(shù)，為高性能空間和核輻射光學(xué)系統(tǒng)的抗輻射性能加固提供了核心材料支撐，使西安光機(jī)所在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)壽命耐輻照光學(xué)產(chǎn)品——長(zhǎng)壽命星敏感器的突破，且太空使用壽命達(dá)國際同等水平（15～25年）。當(dāng)下，這一研發(fā)成果被大量應(yīng)用于我國多個(gè)重要領(lǐng)域，長(zhǎng)壽命星敏感器為國內(nèi)90%以上衛(wèi)星提供導(dǎo)航技術(shù)支持，保障載人航天、探月工程、火星探測(cè)等航天工程順利實(shí)施。
“中國在特種玻璃與光纖領(lǐng)域的發(fā)展勢(shì)頭很強(qiáng)勁，從玻璃材料、光纖制備、器件加工、激光器系統(tǒng)的全鏈條上都已經(jīng)發(fā)展出了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。可以明確的是，我們并不缺乏新材料的前沿理論和基礎(chǔ)研究。作為中國科學(xué)院這支國家戰(zhàn)略科技力量主力軍中的一員，如何瞄準(zhǔn)我國國防、工業(yè)等技術(shù)發(fā)展需求，主動(dòng)擔(dān)當(dāng)、積極作為，以國家重大需求應(yīng)用為導(dǎo)向突破核心材料研制，突破高品質(zhì)材料制備技術(shù)，助力國家高質(zhì)量發(fā)展和高水平科技自立自強(qiáng)，才應(yīng)該是我們接下來的聚焦重點(diǎn)。”王鵬飛沉著的布局與堅(jiān)定的敘述，透露出了其賡續(xù)西安光機(jī)所紅色血脈的決心和持之以恒的勇氣。誠然，崢嶸過去已彪炳史冊(cè)，璀璨當(dāng)下正在不斷延伸，光明未來仍需篤行開拓。時(shí)代已經(jīng)為如王鵬飛一般的科研人列出了考題，大國重器的玲瓏“玻璃之心”最終能否抵擋住大國博弈之下的風(fēng)霜，他們的答案正在書寫，人們只需拭目以待。
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