作者:孟晖 杨澜涛 来源: 中国科学报 发布时间:2023/8/4 8:56:27
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姚熹:向世界铁电陶瓷领域传递中国声音

■ 孟晖 杨澜涛

姚熹(1935— )

电子陶瓷材料与元器件专家,中国铁电陶瓷领域奠基人之一。1935年9月28日出生于江苏省苏州市,1957年毕业于交通大学并留校任教,1958年随校迁往西安,1982年获美国宾夕法尼亚州立大学固态科学博士学位,是我国改革开放后第一批在国外获得博士学位的中国学者。

1991年当选中国科学院院士,2007年当选美国国家工程院外籍院士。主持建立西安交通大学精细功能电子材料与器件国家专项实验室、国际电介质研究中心、教育部电子陶瓷与器件重点实验室、同济大学功能材料研究所等科研基地。长期致力于电子陶瓷材料的前沿基础研究与应用开发,建立弛豫铁电体“微畴-宏畴转变”以及“新玻璃模型”国际主流理论,在电子陶瓷科学与技术创新方面有突出建树。

铁电陶瓷是一种特别的材料,它永久带电,主要用来做电容器、传感器和某些执行器,在一些最新的电子设备中使用得比较多,比如一部手机的电容器有几百个,里面绝大部分是用铁电陶瓷做的。但在中国科学院院士姚熹读大学的年代,这还是冷门行业,中国在该领域几乎是空白,而他一做就是60多年,没有改变过。

姚熹不仅深耕铁电陶瓷领域研究,还努力使中国电子陶瓷研究国际化、前沿化。而这背后的关键词是:一步一步往前走、持之以恒、反复实践、勇于探索、踏实肯干、求真务实、不怕艰苦以及前沿意识和丰富的想象力。

选择冷门专业

姚熹1935年出生于江苏省苏州市盛家浜,父亲姚剑初是苏州桃坞中学(现苏州第四中学)数学教师,母亲黄景月是一位小学教师。1937年7月,全面抗战爆发,姚熹随父母逃难,逃经江苏南京、湖南湘潭、贵州贵阳后,暂居重庆市川东地区万县农村(现重庆市万州)龙宝乡一碗水石麟中学(现龙宝中学)。他早年就读龙宝乡中心小学,1947年初随父亲先后到苏州桃坞中学、上海大同大学附中二院(现五四中学)分别完成初、高中学业。

姚熹有两大业余爱好——集邮和无线电,这都是受父亲的影响。初中时父亲送给他一些邮票,这使他慢慢对集邮产生了兴趣。他总是学父亲想方设法找全一套邮票,集邮潜移默化引导他学会持之以恒和尽心竭力。

姚熹的父亲还是一名无线电爱好者。姚熹从高中起就学着自己组装无线电收音机,坏了就自己修,上世纪70年代还曾成功组装过电视机……他回忆,这些兴趣爱好对他后来的科学研究产生了很大影响,让他始终坚信那些看起来不可能成功的事情经过潜心研究总能找到办法,做到精益求精。

1952年高中毕业,姚熹赶上全国第一次大学统一招生考试,因对地理、历史很感兴趣,便报考了北京大学考古系,却意外在《解放日报》的高考录取名单中看到自己被北京俄专二部(后改为北京外国语学院)录取。到学校报到后才了解,这次招的是派往苏联留学的预备生,要在国内培训半年俄语。因身体出现状况,他最终没有成行。

之后,姚熹选择位于上海的交通大学开始了大学生活。根据当时国家需要,交通大学新建了电气绝缘与电缆技术专业,学校动员党员、团员带头选修该专业。姚熹主动选择了这个在当时还算冷门的专业,自此明确了一生所追求的志业方向。

交通大学的学风对姚熹影响深远,有两位老师给他的印象尤其深刻。

一位是教“电介质物理”的陈季丹先生,他为了提高教学质量,不仅悉心收集资料,还坚持给学生开实验课。所有的实验设备都是陈先生自己组装,遇到问题陈先生就弯着腰、弓着背,在实验台排除故障,直到成功完成实验。另一位是教“电介质化学”的顾振军先生,他上课非常认真,系统讲授了关于高分子化学方方面面的知识。

西迁“创业”

由于品学兼优,1957年7月姚熹从交通大学毕业后留校,后又随校迁到陕西西安。

1958年,学校派年仅23岁的姚熹负责组织交通大学电机系百余名学生到西安高压电瓷厂,承担研制我国第一台33万千伏高压电瓷套管项目。当时西安高压电瓷厂作为国家“一五”期间苏联援建的一个工程项目,尚未建成完工,苏联专家就已经撤走。

面对技术和生产设备几乎一片空白的严峻形势,他们一头扎进了空荡荡的、还没有完工的车间厂房,与工厂技术人员和工人密切合作,开始了艰苦的探索之路。

没有设备就自己制造,没有技术就自己摸索,短短八九个月的时间,他们一边设计与制造关键的工艺装备,一边进行调试安装与工艺摸索。大家日夜奋战、攻坚克难,终于成功试制出新中国第一台33万千伏高压电瓷套管。

该设备运到沈阳后,按照技术要求和指标通过了考核鉴定。虽然只是一个绝缘陶瓷套管,但对于当时的中国来说,无论是从技术上,还是从生产设备上都实现了“从0到1”的跨越,为我国330kV超高压输配电设备研制开辟了道路。

1959年,在学校绝缘教研室陈季丹教授和刘其昶老师的领导下,姚熹参与电瓷专业筹备,开设了一门新课“特种电瓷”。

这是国内较新的领域,既没有教学大纲,也没有比较完整的参考书,他就通过去外文书店查阅、下厂考察、请教专家等多种方式广泛收集资料,被同事们戏称为“考古学家”。1960年,姚熹被破格提拔为讲师,又破例以讲师身份独立指导研究生。

1963年,姚熹根据多年讲授经验归纳总结编写《特种电瓷》讲义、《无机电介质》上下两册,共60万字,其中《无机电介质》被中国科学院用作来华留学的外国研究生教材。1964年,姚熹指导的研究生通过论文答辩,成为国内电子材料方面第一名研究生。“文革”期间,他利用间隙查阅英文资料研究晶体管,“文革”后,他主持制定第四机械工业部的固定电容器高频参数测试标准被采纳,之后被确定为国家标准,并获得国家标准总局一等奖。

深耕铁电陶瓷领域研究

1979年12月,作为中国第一批访问学者,当时快45岁的姚熹怀着“使祖国的材料科学事业在新的高度腾飞”的愿望到美国宾夕法尼亚州立大学访问学习,用不到两年时间以突出的成绩取得固态科学博士学位,其论文被选为1982年度有关材料研究的两篇最卓越的博士学位论文之一,并获得被认为是该领域最高奖励的Xesox奖(材料科学最佳学位论文奖)。

在取得博士学位后的一年多时间中,姚熹应世界著名材料专家、导师莱斯利·埃里克·克劳斯邀请担任博士后研究员,除原先已有的课题研究外,还开展了透明电光陶瓷PLZT研究。

一次实验中,他发现了一种很奇特的变化。姚熹开始以为实验做错了,又多次重复实验。在大量实验数据的支持下,他提出了“微畴-宏畴转变”的设想,这一发现被学界认为是弛豫型铁电体研究的一个重要进展,让他首次意识到材料的纳米结构对材料的性能有很大影响。导师克劳斯评价说,微畴的发现是弛豫型铁电体研究中的一个重大事件,在理论与应用方面均将产生重大影响。

3年多时间,姚熹撰写并在相关学术刊物发表了19篇论文,其中12篇论文在美国相关会议宣读,1篇在送往《美国陶瓷学会学报》后收到答复“毫不迟延地、不加更改地立即予以刊登”,他还和我国学者合作获得一项美国专利。

“我是党和人民培养起来的,我的一切属于祖国,我的一切为了祖国。”1983年3月,怀揣着报效祖国的责任感和使命感,在国际材料科学界崭露头角的姚熹回到祖国。

在美国这段时间,姚熹看到了我国电子材料科学与世界先进水平的差距,进一步增强了他发展我国材料科学事业的决心。在学校的支持下,他不久即在西安交通大学建立起我国第一个电子材料研究室、第一个电子材料与器件博士点,实验室实验和测试手段均达到当时国际领先水平。他本人毫无例外成为由教育部特聘的第一位电子陶瓷专业的博士生导师。回国后短短4年时间,他先后为研究生开设4门全新的学位课程,共指导了5名博士生和20名硕士生。

1985年姚熹在权威期刊《美国陶瓷学会学报》发表论文《晶粒压电共振对铌酸锂陶瓷介电频谱的影响》,立刻引起国际电子陶瓷学界不小的震动,并获1985年度美国陶瓷学会Ross Coffin Purdy奖,这是美国对世界在陶瓷科技文献方面作出卓越贡献的学者的最高奖励,姚熹是获得这一奖项的第一位中国学者。

1986年6月,美国有关科研机构以姚熹提出的这一新设想为核心,拟定了旨在开发新一代光电子功能复合材料的“电子学中毫微米(纳米)复合材料”计划。在姚熹的积极建议和促成下,国家教委与美国科学基金会批准西安交通大学和宾州里海大学双边协作开发同类课题。

1986年4月姚熹参加“863计划”全国百名专家论证会,其建议被采纳,纳米复合材料专题研究作为材料方面的前沿性研究方向被列入计划实施,姚熹也被聘为“国家高技术新材料专家委员会委员”。

1990年,时任国家科委副主任朱丽兰代表国务院高技术计划指导小组总结时指出:“选择纳米复合功能材料进行探索同样是挑得很准的,属于世界前沿的课题,我们具有一定的优势。姚熹教授为开拓和推动这一研究方向作出了重要的贡献。”“863计划”“七五”评审组曾评价:此项研究工作具有创造性,达到了国际同类研究工作的水平。

1991年姚熹当选中国科学院院士。2002年,姚熹因“对铁电学领域的技术创新、对中国电子陶瓷教育的领导作用,以及对国内和国际铁电学界的卓越贡献”获美国IEEE铁电学成就奖。

2007年,姚熹当选美国国家工程院外籍院士。评选前克劳斯曾对姚熹说,这就像将一头骆驼从针眼里穿过去一样难。在得知当选后,姚熹颇感意外,粲然一笑,“骆驼终于穿过了针眼”。

提升我国材料科学国际影响力

当学问做到一定境界,便是“大道之行也,天下为公”。在姚熹的学术经历中,周惠久院士、严东生院士、殷之文院士、李家治先生以及师昌绪院士、李恒德院士等老科学家都给予他指导、帮助、支持,给他提供机会、资料等。老一辈科学家严肃认真、一丝不苟的精神,以及他们宽阔的胸怀和甘为人梯、奖掖后进的育人精神,对姚熹影响很深,引导他不仅要深耕铁电陶瓷领域研究,更要做一位有大情怀、大格局和哲学思维的学者。

他的大情怀体现在他推动中国电子陶瓷国际化所做的努力上,主要贡献有两点。一是1993年创建亚洲铁电学会(AFA),推动举办系列亚洲铁电学会议(AMF)。二是2005年创建亚洲电子陶瓷学会(AECA),推动亚洲电子陶瓷会议(AMEC)的转型。

铁电学领域以往国际交流主要是通过国际铁电学会(IFA),从上世纪60年代开始,IFA每4年组织召开一次国际铁电会议(IMF)。

一次姚熹到欧洲参加IMF后,有了在中国开会的想法。不过,很多与中国友好的国家的IMF委员会委员建议:亚洲在铁电方面的研究力量众多,为什么亚洲不能自己办一个?于是姚熹借一次会议的机会,邀请亚洲各个国家一起商谈创建亚洲铁电学会,并建议每2~3年举办一次亚洲铁电学会议促进亚洲铁电学研究的发展,大家都很赞成。

1995年,由中国主办、在西安举办了第一届亚洲铁电学会议(AMF-1),截至2023年AMF共召开13届。在姚熹的大力推动下,AFA的研究队伍亦越来越壮大。

事实上,中国有关这方面研究的队伍一直以来都是全世界最大的,虽然其他国家的研究队伍很小,但他们在国际上发声较多,AFA的创建和AMF的召开为中国学者提供了发声的机会,大大提升了我国和亚洲在铁电学方面的国际学术地位,也为青年学者打造了深度交流和合作的舞台,引导了我国和亚洲铁电学事业的繁荣发展。

而AMEC是在姚熹的建议推动下产生了变革,让这个原以日本为主导的亚洲电子陶瓷会议变成了定期举办的系列化国际会议,每两年在亚洲地区轮流举行一次。

与此同时,他发起创建了AECA,邀请中、日、韩、印、新、马、泰等国主要学者成立委员会。AECA的影响力渐渐扩大到亚洲之外,每届都有大量欧洲和美国学者参加,成为了名副其实的国际会议,对促进亚洲电子陶瓷发展、促进亚洲电子陶瓷走向国际化起了很大作用。

他的大格局体现在他葆有胸怀大局的眼界、注重青年人才的培养、积极创造条件为青年学者发展提供机会,不断向中国乃至世界铁电陶瓷领域传递中国科学家的声音。

早在上世纪80年代,姚熹就积极推荐团队青年教师参与承担“863计划”课题研究,并推荐他们出国参加国际会议、进修访问。

姚熹认为,做科学研究不单单是要关注自己的团队,还要关注整个国家在材料领域的国际地位。他在参加国际会议作报告时,常常不是以自己团队的工作为基础介绍,而是从整个中国铁电和压电包括电介质陶瓷的发展角度,系统梳理中国铁电陶瓷领域发展现状,介绍中国相关领域学者最新成果。

他甘做提携后学的铺路石和领路人,鼓励年轻人严谨治学、潜心研究,促进青年才俊不断涌现。姚熹的好友、瑞士科学院院士Nava Setter曾表示,姚院士的学生遍布全球各地,这反映了姚院士在人才培养工作上的成绩。

他的哲学思维体现在善用辩证方法看待科研现象,体现在对铁电陶瓷领域学术方向和前沿基于哲学高度的思考,并以此不断丰富对科学问题认识的层次。他曾表示,要用辩证唯物主义方法看待科学技术的发展,比如陶瓷材料配方的改善,看起来好像完全没有规律,实际上其规律是否定之否定、螺旋式上升。

他说,做材料、做陶瓷要超越“炒菜”思路,不是简单添加元素观察影响,而是追求科学问题简单化,如需要什么样的材料、应该从什么路线去寻找,或者发现一种新的物质,应该用什么样的论据判断它有什么应用,要探究事物的本质和内在机理。

姚熹曾对正在和即将从事科研工作的后辈谈他的人生感悟。他说:“我经常告诫自己,也告诫别人,做人做事要追求真善美,路在自己的脚下,要靠自己一步一步往前走、往上攀升。想掌握一门知识,必须持之以恒、反复实践;想做好研究工作,要以辩证法作为正确的思想指导,要有勇于探索的精神、踏实肯干的作风、求真务实的态度、不怕艰苦的意志,还要有前沿意识和丰富的想象力,只有这样,才能在可能的条件下把事情做得更好、做得最好!”

(作者单位:西安交通大学档案馆、博物馆)

▲2002年5月,姚熹当选为美国陶瓷学会会士,赴美参加美国陶瓷学会年会,出席授证仪式。会后姚熹(右)与导师克劳斯合影。

▲1995年10月,姚熹在第一届亚洲铁电学会议上作报告。

▲2002年5月,姚熹(左一)赴日参加国际铁电学应用会议,接受美国IEEE颁发铁电学成就奖。

▲1990年,姚熹在筹建EMRL实验室期间,在电脑上做控制程序实验。

▲1980年3月,姚熹在美国宾夕法尼亚州立大学。

延伸阅读

和自己的惰性作斗争

■姚熹

我想谈谈继承和发扬交大优良学风的问题。我认为交大的优良学风应该包括勤奋、严谨、求实和创新这几方面。那么究竟怎样才能更好地继承和发扬交大的优良学风呢?我认为有两点应该引起我们特别注意。

第一点是要有强烈的时代感和历史使命感。同学们都是90年代我国现代化建设的新生力量,再过14年进入21世纪时,你们才三十五六岁,将是各条战线的骨干力量。

100多年来,我们国家经历了多少风风雨雨;30多年来,特别是近20年来,我们又走过了非常复杂和曲折的道路,才赢得了今天这样一个顺利发展的局面,国家的富强、人民的幸福主要由你们这一代人来实现。我们这一代人心甘情愿地做你们的梯子,让你们踩在我们的肩上,去实现千千万万的革命家为之奋斗终生的事业。我最近看到了一则报道,很有感触。报道写的是诺贝尔基金委员会主席拉迈尔教授的一席讲话,他说:诺贝尔基金会时刻注视着拥有10亿人口的中国,追踪着它的科技发展形势,盼望中国人荣获诺贝尔奖。他深信在不久的将来,中国将会出现在科技方面有突出成就而获诺贝尔奖的人。

由于历史的原因,我们这一代人中恐怕不容易产生这样的人了,但我敢肯定,在你们这一代人中,必将会有人获得这样一个世界性的荣誉。我看交大的同学要有这样一个抱负。千里之行,始于足下。这就要求我们脚踏实地地从今天做起,奋斗一生。斯大林说得好:伟大的精力只是为了伟大的目的而产生的。我们应该有一个强烈的责任感和历史使命感。

第二点是对自己要有高标准、严要求,在这方面我得益于交大的传统甚多。人往往是有惰性的,环境又会有种种的干扰,稍不注意就会随波逐流。古人说“逆水行舟,不进则退”。进不容易,要奋斗;退则不难,很轻松。我的办法是给自己定一个高标准,强迫自己去完成,和自己的惰性作斗争。

我想举一两个例子。1979年我去国外进修,那时和现在不同,压力很大,困难很多。大使馆很担心,安慰大家:没关系,能学多少就学多少,论文写不出,听点课也好嘛,课听不懂,交点朋友也好嘛。我当时快45岁了,为了强迫自己听好课,就决定所有的习题都做、所有的测验和考试都参加。美国的测验和考试多如牛毛,这使上课的教授们和其他中国学生很惊奇。其实这只是我迫使自己把课程学好的一种手段。

回国以后,虽然担任了系主任,行政工作繁忙,但3年来除了刚回来的半个学期和担任系主任的第一个学期没有承担教学任务外,我给研究生讲了3门课,其中两门课用英语讲授。我对电和物理比较熟悉,在化学方面比较弱,但化学对材料科学又十分重要,为了迫使自己把化学学好,上学期我给研究生讲了一门“晶体的化学原理”。当然这些都是工作的需要,然而我也是有意识给自己施加点压力。高标准、严要求是交大的一个优良传统,老师对学生要高标准、严要求,同学们对自己首先要高标准、严要求。

我所说的都不算是什么新东西。正如著名作家何塞·马蒂说的,“一切真理前人都已说过,但如果每一次都从心底里说出来,它就是新鲜的”。希望同学们也能把前人说过的真理,把交大的优良传统和学风深深地印在心里,贯彻到学习中去。

(节选自1986年3月31日《西安交大》校报,有删改,标题为编者所加)

《中国科学报》 (2023-08-04 第4版 印刻)
 
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