第10:科技精英
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“青托”工程青年科技人才张小锋:~~~
2019年07月12日 星期五 出版 上一期  下一期
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“青托”工程青年科技人才张小锋:
给航空发动机穿上“隔热衣”
团队在实验室工作照。(右三为张小锋,右二为其导师周克崧院士)
  本报记者  胡漫雨

  张小锋 1986年生于江西吉安,广州市“珠江科技新星”获得者,广州市科协青年人才托举工程青年科技人才,中国硅酸盐学会特陶分会青工委副主任委员,中国机械工程学会表面分会青工委委员。就职于现代材料表面工程技术国家工程实验室(广东省新材料研究所),从事高温功能涂层研究。针对第三代等离子喷涂-物理气相沉积技术,提出了YSZ涂层形核沉积机理。同时,导师周克崧院士与他首次共同提出了YSZ体系热障涂层镀铝表面改性技术,被评为国家重点基础研究发展计划(973计划)亮点研究。其作为核心成员参与的第三代热障涂层研究,在世界公开报道中首次通过了航空发动机619小时的地面试车考核,相关研究成果得到了央视新闻联播等媒体报道。2018年研究论文被国际权威科技媒体Advances in Engineering评为“Key Scientific Article”, 点评为最具有科学和工程应用价值研究。

  近年来,我国越来越重视国产飞机研发的人力物力投入,而先进飞机在研发中很关键的部分就是航空发动机,航空发动机研制中的重要技术难点是对其因产生热量而急剧升高温度的控制。来自广东省新材料研究所的张小锋博士师从中国工程院院士周克崧,其团队在从事高温功能涂层研究中,创造性地提出了YSZ热障涂层体系镀铝表面改性方法、SiC/SiC复合材料镀铝表面改性方法及等离子喷涂-物理气相沉积YSZ热障涂层形核机制。

  研究生期间完成导师“不可能”的项目任务

  生于江西吉安的“85后小镇青年”张小锋本科期间在景德镇陶瓷大学陶瓷专业学习。基于大学时对陶瓷等材料的研究热情,研究生学习阶段,张小锋从四线城市景德镇来到首都,在北京科技大学继续陶瓷及金属等材料的专业学习与研究,并师从中国科学院院士葛昌纯。张小锋表示,葛昌纯院士注重锻炼学生的对外沟通等综合能力。

  据张小锋回忆,在2010年研一快结束时,导师葛昌纯给他布置了一项研究任务,该项目的完成需要借到一种用于耐等离子冲刷涂层的镀膜设备。但成本在百万元以上,张小锋通过查阅文献,了解到国内有一台这类设备,但在位于重庆的西南大学。当他辗转联系到曾利用这台设备研究的一位教授时,却又得知教授那时已经退休回成都老家生活,早就不在重庆了。张小锋进一步询问这台设备还能否服役、从事实验时,这位教授也没有底气地回应不敢确定,只留给了他西南大学化工学院一位副院长的联系方式。

  张小锋进一步联系到这位副院长,却被告知设备是前苏联的,因年代久远,废弃在学校一个尘封的房间里。一心想要完成导师交给研究任务的他询问能否给北京科技大学借用,没曾想对方回答,这涉及到单位内的“国有资产流失”,仍需慎重考虑。张小锋则又不断说服对方,该设备用于国家重大基础建设的科研、包括核材料等的相关研究。他待在重庆与西南大学化工学院院长、副院长及该校分管资产的副校长前前后后沟通了一个月时间。通过这次艰苦卓绝的考核,张小锋成为同批研究生师兄弟中导师最为认可的优秀学生之一,并受到重点培养。

  “葛老师平时总让学生们积极参加学术或合作会议,通过写材料做汇报、参加会议讨论来了解该领域国际最前沿科技动态和最新科技信息”,张小锋忆起在北京的学习时光感到很充实。“其实导师在研一时会给每位学生都布置一个看似十分艰难、甚至看上去都不可能完成的任务。而能够克服重重困难最终完成课题的学生,在进入研二后便可获得更多机会跟随导师外出参加研讨会、出国交流等。”张小锋表示,这个课题的完成对于他的整个科研生涯都十分重要。2012年8月,在导师推荐下,张小锋考到华南理工大学读博,师从周克崧院士,并于2016年6月获材料加工工程博士学位。

  给航空发动机穿上“隔热衣”,为民众生活提供安全与关怀

  随着波音737、747逐渐过渡到波音787和空客A380等载人数量更多的大型客机,逐渐大飞机化也使得因载重增加进而对其提供的动力提出了更高要求,而发动机的功率变大会直接导致燃油的燃烧温度急剧上升。此时发动机的金属材料面对超高温,就需要有耐高温的涂层。张小锋将这种“热障涂层”形象地比喻为“如同人类在室外的高温下需要穿着的隔热服”。伴随着大飞机的研发,对这种隔热涂层的需求与要求也越来越高。张小锋所在团队研究的关键之一便是航空发动机中旋转着的“看得见”的压气机叶片与“看不见”的涡轮叶片上的热障涂层。

  除高精尖的航空发动机热障涂层外,张小锋所在团队还开发了相对更为平价的民用产品。如与江门市一家摩托车生产厂商一起开发的、用在摩托车发动机上的隔热涂层,“夏天摩托车发动机的温度很高,当人的脚接触就会产生烫伤”,张小锋向记者介绍,“隔热材料涂层使外部温度下降,可有效防止此类烫伤,而整个成本却只增加了一百二十元左右,这在一台摩托车的生产制造成本里所占比重较小。而在此之前的摩托车发动机是没有涂层的,相信在我们共同的推动下,未来摩托车都将会有这种涂层。”

  “现在城市商品房装修后的市内空气质量备受居民关注,甲醛、甲苯等有害气体需要很长一段时间才能挥发完。而民众想要尽早入住新房与这些有害气体可能带来的致癌等对健康的潜在危险之间其实是很矛盾的”,张小锋介绍了他们研发的可有效净化空气的光催化涂层。其原理为用紫外光去照摄涂层,涂层材料会与空气中的甲醛、甲苯产生化学反应以减少有害气体。“二氧化碳在紫外线的照射下活性特别高,在此条件之下会将甲苯的化学键给破坏掉,就可大大减少装修过程中产生的有害气体。我们研发的这款产品,其核心特点是性能的衰退时间延长了。别的产品可能只有十天有效期,我们的技术优势可以做到二三十天。并在前年申请了专利,目前企业已经孵化生产。”

  张小锋在“高大上”的航空发动机热障涂层等方面助力国产重器大飞机自主研发的基础之上,还注重与生产企业及设备制造商间的资源整合与联动合作,并已落地生产包括上述研发成果在内的、与民众生活息息相关的实用产品。

  关注偏远乡镇少儿科普科研压力大难兼顾家庭

  4月19日,广州市科协召开2019年“青年人才托举工程”项目启动会,来自广州地区高校、科研院所、高新技术企业的20名青年科技人才获得资助。张小锋与其导师、中国工程院院士周克崧均出席了启动会。周克崧院士在现场发言中寄语20名青年人才,“求真务实、持之以恒,开拓创新,团队精神”。

  因为自己是从江西一步步走到一线城市求学和工作的“小镇青年”,张小锋特别重视偏远山区与乡镇的小学生科普。“目前我们的科普工作主要是面向所周边的小学生,我们所花费十几万将研究成果做成了一个简易装置模型,并搬过去附近小学进行展示,同时邀请一些广州的学校学生到材料所参观。但以广州为代表的大城市的资源相对集中,丰富的科普资源很难均衡到偏远的欠发达地区。”

  张小锋认为,乡镇山村学生的眼界与获取知识的渠道十分有限。他建议高校院所可与公益组织联合,组织一帮科研人员去农村的中心小学授课。“科普对乡镇中心小学孩子的启蒙很重要。自己镇上的同学,初中毕业就开始有部分不再接受教育。现在高校毕业生对于就业地点的自主选择更偏向于一种市场行为,而没有了早年的国家调控与调度安排。因此发展不均衡是从人才供给上就开始了,希望通过科普下乡等常态化活动的开展来弥补师资上的差距。”

  作为周克崧院士的秘书,张小锋认为院士这类专家的时间精力均有限,还有一些高端论坛与行业研讨会要参加。而很多研究所和高校的各学科博士可抽调后找时间组织集中进行乡村学校的科普活动。

  张小锋介绍,其所在核心团队有13名博士,从2011年开始从事相关方向的研究,已经通过了国际公开报道中最长时间考核试验。“其重大意义在于将延长我们自主生产的航空发动机的服役寿命,这项成果将弥补国产航空发动机与美国、俄罗斯等国在寿命上的差距,而关键技术在2018年下半年已经突破。”

  在团队配合上,张小锋坚持个人利益服从团队利益。“要减少抱怨,科研工作从业者在团队中被分配的任务,就像战争中奉命坚守所负责的山头或阵地,必须无条件奋力完成。”张小锋说,“奉献精神对于科研人员十分重要,这并不是忽视个人权益,而是先奉献再索取。国家在经费上给了我们很多,期望很大,因此我们团队的压力也很重,一年到头基本没有太多时间休息,很难兼顾家庭。孩子出生半年时间,只能在偶尔休息时多带带孩子。一线科研人员在事业上攻坚克难,很难做到两全其美。”

  图片由受访者提供

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