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柳大剛,字紀如。江蘇儀征人;著名無機化學和物理化學家,中國分子光譜研究的先驅者,鹽湖化學的奠基人,前中國科學院院士。
科學家是一個泛稱,廣義上指對真實自然及未知生命、環境、現象及其相關現象統一性的數字化重現與認識、探索、實踐、定義的專業類別貢獻者。狹義的定義是指專門從事科學研究的人士,包括自然科學家和社會科學家這兩大類[1]。所有自然科學和社會科學的研究人員[2],達到了一定的造詣,獲得了有關部門和行業內的認可,均可以稱之為科學家。被稱之為科學家的代表人物有英國物理學家牛頓、波蘭天文學家哥白尼、居里夫人,美籍科學家愛因斯坦和中國的農學家袁隆平等。
科研
他在學術方面的主要工作如下:
分子光譜研究
30年代,柳大剛與其摯友物理化學家吳學周合作,研究了一系列直線形分子:HCN,ClCN,BrCN,ICN,雙氰,乙炔,以及複雜分子異氰酸和異氰酯的紫外光譜。標定出相應的鍵振動頻率,並推算出鍵力常數,在求得XCN,HNCO,RNCO等分子受光激發的分解能和斷鍵位置後,判斷出這些分子的基本結構。他們通過改進實驗技術,所攝取的雙氰分子紫外吸收光譜展現得十分詳盡。在3020-2000間獲得900餘條譜帶。從3020-2500間兩個主要譜帶級和兩個頻差率,判定雙氰分子處於兩種分子結構的共振狀態。受激後,其中一種結構轉占優勢,導致雙氰分子的C≡N鍵變弱,C-C鍵增強。這些有重要意義的結果,是在技術設備差的條件下取得的,當時國內此類研究還處於萌芽階段。柳大剛是我國分子光譜研究的開創者之一,他不僅理論基礎深厚,實驗技巧也十分精湛。他還研究了CuH水下發射光譜和複雜分子環氧乙烷、六氟化硫的真空紫外吸收光譜。所攝取的環氧乙烷在可見至600的高分辨光譜中,1713以上無連續吸收。還發現兩組裡德伯譜系(Rydberg Series)分別開始於1435和1382,並都收斂於電離勢約10.81電子伏。他們還發現兩組開始於1713.4和1572.4 的非里德伯譜系。分析所得光譜諸特徵參數後,得出如下結論:里德伯躍遷是由一個鍵合分子軌道受激所致,這個軌道與導致乙烯以及相關化合物的里德伯譜系的分子軌道十分相似。在六氟化硫的研究中,他們定性地分析了此化合物的解離,並建立了它的電離勢值。
無機材料化學
30年代初期,柳大剛曾對我國著名的古代和現代陶瓷,以及玻璃原料做過較系統的化學研究,為弘揚中華文明以及開展陶瓷研究與優質化學玻璃製造,提供了有價值的依據。50年代初期,由於帝國主義的封鎖,我國必須迅速建立自己的發光材料科學和工業。柳大剛帶領一批中青年化學家,試製了以硫化鋅、鎘為基底的X射線熒光料。研究了當時蘇聯也剛起步的新型發光材料-鹵磷酸鈣日光燈熒光料。他們系統地考察了熒光料發光性質對其組成和製備條件的依賴關係,揭示出熒光光譜分布與摻雜銻、錳相關的規律。從而實現了按熒光色澤和色較溫度要求,定向合成所需的熒光料,並在南京燈泡廠試製成功熒光燈管。1953年底,他們將全套技術資料(包括製備、原料提純、光學性能測試和化學分析控制)移交南京燈泡廠,為發展我國日光燈工業做出了重要貢獻。這是我國最早進行的新型熒光材料的系統研究,後因柳大剛及其研究組接受了國家下達的土壤矽化加固任務而使此項研究工作中止。土壤矽化加固是一項波蘭技術,由柳大剛負責組織建工部、水利科學院、中國科學院以及生產部門進行了大協作。該技術在唐山林西煤礦風井流沙層加固和佳木斯糖廠廠房地基加固工程上得到了應用,並為有關部門培養了技術力量。
60年代初,柳大剛指導一批中青年化學家研究了核燃料前處理和後處理中的一些化學問題。深入考察了鈾-氟體系中的化學反應過程、中間物形成條件以及有關的動力學、熱化學與結構鑑定,為生產過程中消除燒結現象提供了科學依據。他又指導了流化床氟化物揮發法處理濃縮鈾鋁合金元件的研究,使鈾的回收率達99.5% ,這與當時美國阿貢實驗室發表的結果相同。1960年前後,他還領導了稀土化合物製備及性質的研究,為促進我國稀土資源的利用做出了貢獻。以上三項研究工作:「四氟化鈾氟化動力學」、「流化床氟化物揮發法處理鈾鋁合金元件」、「稀土化合物的製備及性質的研究」,均獲得1978年中國科學院重大成果獎。
此外他還指導了與濕法後處理有關的一些鈾酰水鹽體系中化學反應的研究。
鹽湖資源與鹽湖化學
柳大剛曾從事過製鹽化學研究,他深知我國缺乏可溶性鉀礦資源,但國內很少有人對西藏及西北地區的大量鹽湖進行研究。為探尋鉀鹽資源,他於50年代初就搜集我國鹽湖與地下滷水資料,並與有關機構和人員建立了聯繫,安排了實驗室工作。1953-1956年,他先後派人對運城鹽池、青海茶卡以及柯柯鹽湖作了探索性考察。在我國第一個五年計劃的中期,他組織和領導了由中國科學院化學研究所以及地質、化工、高校、輕工鹽業等部門的科技人員組建的中國科學院中國鹽湖科學調查隊,開展了對青海柴達木盆地鹽湖資源的調查。他曾先後六次進入柴達木盆地,指導一批青年化學家開展鹽湖化學的研究,並制訂出各時期鹽湖研究的全局規劃,創建了中國科學院青海鹽湖研究所。
(1) 柴達木盆地鹽湖物理化學調查
1957年柳大剛率鹽湖科學調查隊進入柴達木,開展了我國歷史上首次大規模的鹽湖資源科學調查。在這次考察中,柳大剛以其從事理論研究的執着精神,發現了察爾汗湖的天然光鹵石,從而判定該湖大量晶間滷水已處於鉀鹽結晶階段。他還發現大柴旦湖底硼礦沉積,這為在鹽湖地區尋找硼礦探明了方向。他的這兩項重大發現,加速和推動了地質部門在柴達木盆地大規模進行鉀鹽和硼礦的勘探工作,終於證實了察爾汗湖群蘊藏着上億噸氯化鉀,是至今為止我國最大的可溶性鉀鹽礦床,也證實了大柴旦湖區確是一個富含鈉、鉀、硼、鋰鹽的大型硼礦床。他們在鹽湖考察中,還陸續發展其他一些巨大的鋰鹽資源,揭示出柴達木鹽湖按水化學特徵分類的分布規律和演化過程。提出了按鉀、鎂、硼、鋰鹽的分離提取價值而制定的鹽湖分類。
(2) 典型鹽湖研究
柳大剛認為,開發鹽湖資源必須充分利用當地天然蒸發量大大超過降水量的有利條件,結合鹽湖特徵和生產目的,為生產提供穩定而價廉的原料,並儘可能保護資源和實現綜合利用。 他指導研究了察爾汗湖群。由於鉀鹽的主要儲量是在鹽湖晶間滷水和達布遜湖水中,開發該湖的主要任務是如何從滷水中大量獲得制鉀鹽的原料——光鹵石。為此,他們研究了鹽田建造和各種滷水在不同條件下的天然蒸髮結晶過程,制定了鹽田日曬製取光鹵石工藝,為獲取光鹵石原料確定了基本技術。
他指導研究的另一個典型鹽湖是大柴旦鹽湖,該湖滷水組成複雜,鉀鹽、硼酸鹽、鋰鹽含量甚豐,是研究綜合利用的典型硫酸鹽型湖。他們對此湖作了長期的現場觀測和實驗室研究,揭示了湖水組成隨季節變化的規律,研究了不同季節湖水的天然蒸髮結晶規律和鹽田日曬工藝,逐步分離出大量鈉鹽、鎂鹽、光鹵石。獲得了提取硼酸與鋰鹽的高濃度原料滷水(硼酸、鋰鹽全部富集於母鹵中)。還進一步研究和確定了直接提取硼酸和鋰鹽的工藝,並深入研究了濃鹵硼酸鹽化學。此項已堅持進行了30餘年的研究,是我國鹽湖資源開發與鹽湖化學研究的典範,大量的基礎研究為柴達木盆地同類鹽湖的綜合開發提供了重要依據。他們研究制訂的整套鹽田日曬分離各種鹽類和從濃鹵提取硼酸及鋰鹽的工藝,比國外同類方案的提出早5—25年,並且部分工藝方法已得到實際應用。在鹽滷硼酸鹽化學研究上他們也取得重要突破,首先提出了硼酸離子以兩種或兩種以上的不同聚合態存在於飽和氯化鎂滷水中,而且它們因條件變化而互變的新概念;發現濃鹵經稀釋可加速硼酸鎂鹽的結晶析出,並在常溫常壓下獲得多種不同的硼酸鎂鹽礦物;又進一步建立了研究難溶硼酸鹽非熱力平衡相關係的新方法-結晶動力學法,從而使研究鹽湖化學大難題之一的鹽滷硼酸鹽化學成為可能。這些突破,進一步支持了所提出的青藏高原鹽湖硼酸鹽礦成礦新理論——稀釋成礦理論。鑑於上述這些在國際上領先的成就,以及發現大柴旦鹽湖綜合鉀、硼、鋰礦床本身這一重大成果,1989年柳大剛、高世揚等人獲中國科學院自然科學一等獎,受獎項目是「大柴旦鹽湖調查,鹽滷硼酸鹽化學,從滷水中分離鉀鹽、提取鋰鹽的基礎研究」,1995年又獲國家自然科學二等獎。
(3) 鋰鹽提取及相應水鹽體系相平衡研究
為從各種滷水中直接提取鋰鹽,柳大剛還指導研究了鋁酸鈉法直接提鋰,並進行了鋁酸鈉、氯化鋰、氯化鎂水鹽體系中化學反應過程的研究,於60年代提出了我國第一個直接提取鋰鹽的工藝流程。此外,他還指導研究了氯化氫、氯化鋰、氯化鎂水鹽體系中固、液、氣諸相平衡關係。此工作為用鹽析法分離氯化鎂,高度富集氯化鋰,進而製取氯化鋰的工藝奠定了理論基礎。
(4) 建立鹽湖化學分支學科,制定鹽湖科研規劃,創建青海鹽湖研究所
柳大剛是1956年我國第一個十二年科學技術發展遠景規劃中有關鹽湖科學部分的主要起草人之一。
鹽湖資源的開發與研究,涉及多種專業與學科,1960年他倡議在無機化學中建立鹽湖化學這一分支學科,指出其重要性類似海洋化學。於此同時,他還提出該分支學科所涉及的鹽湖地球化學、水化學、礦物學、物理化學、成鹽元素化學、化學工藝學、同位素化學、稀有元素化學、鹽滷分析化學以及工程設備等十個方面的任務與研究內容。柳大剛還提出了發展我國鹽湖化學的規劃,它包括基礎水鹽體系中相關係的研究;利用天然能源分離大量鹽類的研究;發展提取微量稀散元素硼、鋰、溴、碘、銣、銫、釷、鈾及重水的新技術;兼顧青海、西藏、新疆等地區的鹽湖調查與研究;建立現場實驗基地等。
1963年國家科委成立鹽湖專業組,制訂鹽湖科學十年規劃。柳大剛提出分別在三個鹽湖建立三個工廠的構想 在察爾汗建一個年產10萬噸鉀肥的工廠;在柯柯湖建立年產250萬噸食鹽的工廠;在大柴旦湖建立生產硼鹽、鋰鹽的示範車間。圍繞這一構想,他還提出一整套的研究工作方案。為實現此規劃,國家科委責成地質部、化工部和中國科學院分別成立三個研究所。後由化工部與中國科學院成立的研究所合併為中國科學院青海鹽湖研究所,柳大剛任所長。該所已成為我國鹽湖科研的主要機構,他們遵循柳大剛的建所指導思想與規劃,在青藏鹽湖調查、鹽湖水化學、鹽類資源綜合利用、稀散元素分離提取、水鹽體系相平衡(特別是介穩平衡)、濃鹽溶液化學和鹽滷分析化學等方面完成了大量研究工作,取得了豐碩成果,為我國鹽湖資源開發利用奠定了堅實基礎,為進行大規模鉀肥生產做出了重要貢獻。
柳大剛後半生情系我國鹽湖與鉀肥工業,直至病重臥床之際,還關心鹽湖「七五」攻關任務的進展。今天青海察爾汗建起了頗具規模的現代化鉀肥廠,大柴旦柴湖也建成了中試車間,這裡面都傾注了柳大剛的心血。他幾十年的心愿和夢想,逐一得到實現。
領導中國科學院化學研究所30年
在柳大剛領導下,中國科學院化學研究所從籌建、成長、壯大、直至成為一個具有高水平和強大科研隊伍的綜合性化學研究所的30年中,先後孕育出中國科學院成都有機化學研究所、中國科學院青海鹽湖研究所、中國科學院感光化學研究所和中國科學院環境化學研究所等多學科的化學研究機構。多年來,柳大剛在規劃研究領域、開拓方向、組建研究室組,以及延聘人才等方面,付出了後半生精力,使中國科學院化學研究所在物理化學、分析化學、有機化學、無機化學、高分子化學、高分子物理化學等各個研究領域都得到蓬勃發展。
柳大剛的辦所指導思想是應用與理論並重,重視開拓新領域,重視學科之間的滲透與協作,注意國際前沿研究動向,注意研究所內各學科的均衡發展,積極引導並創造條件,使科研人員的科研積極性得到充分發揮。
改革開放前,科研工作經常受到偏激思潮的衝擊,尤以基礎理論研究工作受到的衝擊為甚。「文化大革命」中,該所物理化學方面的研究工作幾乎停頓。1971年柳大剛恢復工作後,他極力說明物理化學研究工作的重要性,力主保存熱化學研究的基本力量,終於使這一學科領域的研究工作得以恢復。他積極組織熱化學研究向新的領域(如不可逆過程熱力學)擴展,並建議結合生物問題、石油工業中的問題開展研究。在他的組織、扶持下,不僅熱化學、反應動力學與結構化學的研究得到恢復,而且開展了量子化學方面的工作。
柳大剛十分關心物理化學研究的布置。1971年,他籌劃在中國科學院化學研究所開展電子能譜的研究工作,親自組織文獻調研與方案論證,並邀請中國科技大學教授梅鎮岳和瀋陽科學儀器廠參加這項工作。這是一項在我國最早開展這一領域研究的工作,至今已形成一支有高學術水平的科研力量。十幾年來,該課題組的同志們在柳大剛先生親自領導下,開展了光電子能譜應用的基礎理論研究,特別是在生物大分子和絡合物結構的ESCA研究、材料表面和深度的ESCA分析,以及光電子能譜學的基礎和實驗方法研究等幾個領域,均取得突出進展,處於國內領先地位,其中一些新發現和新見解亦屬國際水平。有關這方面的研究工作已出版專著兩本,在國內外一級刊物上發表論文近百篇。其中的「有關生物大分子方面的光電子能譜研究」,獲1981年衛生部二等獎;「光電子能譜應用基礎理論研究」,獲1990年中國科學院自然科學獎三等獎。
在柳大剛積極支持下,化學研究所於70年代末又創建了分子反應動力學與動態學的研究。現在已發展成分子反應動力學國家重點實驗室。 在應用科學方面,柳大剛親自開創並建立的腐植酸研究組。這個研究組在柳大剛的關懷和指導下,系統地開展了腐植酸的組成、結構、性質與功能的深入研究。在用色譜法分離腐植酸這類結構十分複雜的物質,以及對複雜的羥基、羧基進行結構分析方面,所取得的成果在國內是獨一的,並發表論文多篇,在國際會議上也多次獲得好評。將腐植酸應用於石油鑽進泥漿處理、水泥固化促進劑、植物生長調節劑等研究,也取得重要成就,並做了廣泛推廣,對農業增產起到一定作用。
柳大剛數十年如一日地辛勤耕耘,使中國科學院化學研究所不斷擴展了新的研究領域,培養了大批人才,在承擔國民經濟建設所需要的科研任務方面,取得了極其豐碩的成果。
1949年以前,柳大剛發表論文近20篇。新中國成立後,他所從事的科研工作均系國家任務,由於保密限制而未公開發表。他從不在以所長身份直接指導的研究報告和論文上署名。
柳大剛在他從事科研和科學組織領導工作的近60年中,以其淵博的學識、強烈的社會責任感和獻身於科學事業的精神,為我國的化學發展與應用,為我國鹽湖資源的研究和開發,付出了全部心血和畢生精力。他治學嚴謹,學術思想活躍,富有遠見卓識和堅忍不拔的精神。他十分重視應用研究,但不忽視基礎理論工作,認為兩者並重,才不致將科學發展導入歧途。
柳大剛為人公正、厚道,心懷坦蕩,嚴於律已,寬以待人。在工作中,他平易近人,學風民主,無門戶之見。對求教或與之論學者,無論長幼均一視同仁,熱情探討,耐心指點。與其他單位合作,素以全局為重。他對學生循循善誘,要求嚴格,十分關心青年的成長和科研隊伍的建設,培養了一批又一批中青年化學家。他正是以其高尚的道德風貌和赤誠的獻身精神,贏得了化學研究所廣大員工的愛戴,受到化學界同行們的敬重。
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參考文獻
- ↑ 什麼樣的人稱為科學家,糗問,2020-06-06
- ↑ 社會科學研究方法,豆丁網,2015-09-02