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“化工好故事”系列报道|丹心未泯创新愿,矢志不渝求是辉——记四川大学化学工程学院李象远教授

发布时间 :2018年12月07日      浏览量 :

人物简介



李象远,理学博士,四川大学教授,教育部跨世纪人才,国务院政府特殊津贴获得者,中国化学会“燃烧化学”专委会主任委员,中国化学会“理论与计算化学”专委会委员,国家某科技重大专项指导专家组成员,科技部高新能计算重点专项“数值发动机”项目负责人,四川省学术技术带头人,兼任多个发动机专项、燃气轮机工程中心、重点实验室等的技术专家。J.Theor.Comput.Chem.,《物理化学学报》等杂志编委。

在理论化学方面,论证了Marcus“溶液中的电子转移”诺贝尔化学奖理论中存在的理论错误,基于热力学约束平衡原理,发展了非平衡溶剂化新理论体系,建立了解析解和数值解方法,解决了Marcus理论高估电子转移溶剂效应的历史问题。

在燃烧动力学方面,组建四川大学燃烧动力学中心,最先在国内将量子化学和计算化学方法应用于发动机燃烧反应的工程应用研究,发起并推动了中国化学会二级分支机构“燃烧化学”专委会的建立。发展了多种国产航空燃料的裂解和燃烧机理并用于工程数值模拟,构建了我国第一个燃烧数据共享平台,发展了燃料高温热沉、密度、粘度等热物性在线测试新方法;提出了超燃冲压发动机的主动冷却新技术。承担了国家科技重大专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金重大研究计划等研究课题。获多项国家发明专利,发表SCI论文约250篇。

求学:潜心向学无遗力 厚积薄发终始成

1978年,是恢复高考制度的第二年,据统计数据显示,当年全国参加高考人数达610万,录取40.2万人,录取率不到7%。作为千军万马过独木桥中的一员,李象远如愿考上大学,就此翻开漫长学术研究生涯的扉页。但他误以为填报的湖南大学“碳素”专业是理科,到校后才发现这是工科。在问及有没有专业情绪时,李象远老师认为,丰富的学习经历没什么不好。

在谈到工作生涯时,李象远把他的经历分为三个阶段:3年的工厂磨练、艰辛的20年理论化学和跨界交叉的10年发动机研究。

实践:纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行

1982年大学毕业,李象远被分配到四川自贡东新电碳公司一个小厂做了一名技术员。他负责密封材料生产线,从工艺设计到装备加工、从产品生产到用户开发,小厂技术员什么都要懂,否则会让工人看笑话。他学以致用,并注重在实际工作中积累经验,经过两年实践,逐渐成为生产、设计上的”多面手”。1985年他以独立作者身份在国家专业刊物发表了技术讲座连载—“柔性石墨密封”,算是对三年技术工作的总结。实际上他希望有一个更大的舞台,所以一直在准备考研。在问及如何处理技术工作和备考矛盾时,他说:“你可以追求未来,但你不能放弃现在。”

1985年,他进入成都科技大学化学系攻读硕士学位,专业方向变成了量子化学。据李象远老师回忆,量子化学方向的课程学习他非常吃力,研究生第一学期何福城老师讲授量子力学,内容为狄拉克的矩阵力学体系,半期测验他在同班几位同学中成绩垫底,为这事他郁闷了很久。“学习量子力学对于我一个工科出身的人来说本来就很吃力,但打好基础比急于做些肤浅的科研更重要,我们的硕士阶段一般没有论文发表。没有扎实的基础训练,就难有将来的源头性创新”。说到研究生阶段的求学经历,李象远老师如是说。

攻坚:雄关漫道真如铁,而今迈步从头越

从1988年留成都科技大学化学系工作到2008年的20年期间,是李象远工作经历的第二阶段。早期,他和何福城教授一起,开展了分子和晶体结构折纸模型教学法研究,获得过国家教学成果二等奖和霍英东基金会高校青年教师教学类二等奖。1997年,自然科学基金九·五量子化学重大项目立项,李象远负责电子转移课题。随后,在应用Marcus溶液中的电子转移理论(1992年诺贝尔化学奖)时,发现了Marcus原始方程存在理论缺陷。经过十年的努力,李象远和他的合作者澄清了Marcus理论的基础错误:即在推导非平衡溶剂化自由能时采用所谓可逆功来代替自由能增量。基于约束平衡原理和引入约束外电场,他们建立了新的非平衡溶剂化理论,解决了Marcus理论高估重组能达一倍的历史问题。


2002年Marcus教授与李象远教授会议期间讨论

谈及这段经历,李象远老师感触颇多。他介绍,由于电子转移溶剂效应需要电动力学知识,因此他请理论物理专业傅克祥教授进入课题组开展交叉学科研究。傅克祥教授最先在2000年对Marcus理论提出怀疑,这让李象远处于两难境地,选择挑战就意味着坐上“冷板凳”,可能一辈子无果而终。但是,李象远做出了自己无愧于心的选择,并用近十年时间最终完成了答卷。

李象远告诉笔者,光是弄清Marcus原始方程错误就花了5年时间,期间他与包括Marcus在内的国外多位科学家开展了大量讨论。原有错误的澄清,意味着非平衡溶剂化问题就成了一道没有答案的考题,而溶剂极化非平衡状态的自由能表达是问题的关键。在求解中,他们也走过弯路。在经历大量尝试和失败后,课题组何福城教授回忆起俄国教材中提到的约束平衡方法。在继续“啃”了一年多书本之后,李象远终于在2008年大年三十晚上悟出了答案。讲到这里,笔者明显在李老师的语气中体会到了那种从山穷水复到柳暗花明的感觉。

李象远强调,这项工作是集体智慧的成果:除了傅克祥和何福城,北大刘文剑教授也参与了新理论的大量推演。在问及新理论可能产生的影响时,李象远认为:科学也是一个江湖,世界的科学格局仍是西方人“织锦”,中国人“添花”。我们的结论与国际主流理论相悖,因此要得到学界广泛承认,道路仍然艰辛。把评判留给未来,还有很多事情值得去做。

立业:路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

李象远认为,我国在改革开放前基本建立了自己的工业体系,但80年代起,随着发展模式的转变,高科技人才大量流失、国防企业大量转向民品,国家基础研究的产出主要表现为SCI论文数量的疯狂增长,核心技术缺乏基础支撑。

李象远从2007年左右开始了空天发动机燃烧基础研究,这看起来和量子化学相去甚远。当问及什么原因导致这种变故时,李象远把这归因于一次机缘巧合。一位朋友告诉他:发动机的燃料反应机理是一个亟待研究的课题。正是这一提醒导致了李象远的又一次科研转折,从2009年参加某国家科技重大专项研究开始,10年来李象远和他的同事们基于化学动力学基本原理,聚焦“后燃料”过程,开展发动机燃烧和燃料冷却技术研究,迅速成长为国内空天动力燃烧基础研究的重要力量。2016年,川大燃烧中心获准建设国家级“航空动力”特色学科。由李象远发起,中国化学会2017年批准成立了“燃烧化学专业委员会”二级分支机构,并由他担任首届主任委员。燃烧化学新学科的设立,为我国基础化学和航空航天的交叉研究提供了平台。

在科研风格上,李象远认为,创新就是要想别人想不到的招,走别人不敢走的路。他说,自己本是一个发动机外行,要虚心向行业专家学习,了解需求,才能发挥自己的基础化学专长,有所作为。这些年来,川大燃烧中心在李象远带领下,既开展燃烧机理建模、软件开发和数值模拟研究,又开展燃烧测量和发动机燃料冷却换热新方法研究。他认为曲折的经历兴许是一笔财富,正是早期的工厂经历对他在发动机热部件冷却结构设计方面起到了重要支撑作用。

李象远老师承担了国家“某飞行器科技工程”和“两机”重大科技专项、国家重点研发计划、自然科学基金“近空间飞行器”和“发动机湍流燃烧”重大研究计划的研究课题。他联合国内优势力量,承担了科技部高性能计算专项“数值发动机”研发任务,目标是打造我国百万核并行的发动机燃烧数值模拟开放软件系统;承担了自然科学基金“发动机湍流燃烧”重大研究计划的重点支持和集成项目,旨在构建我国自主的燃烧数据库平台。他提出了超燃冲压发动机主动冷却的某种新方案,突破了燃料化学热沉和高温结焦瓶颈;发明了航空燃料高温裂解的化学热沉、密度、流速等原创性测试方法,解决了高温燃料物性测试的国际难题,支撑力发动机冷却和换热设计。

育人:桃李不言,下自成蹊

在2017年川大科技奖励大会上,时任校长谢和平院士将李象远老师作为一个“有实力、有自信、有胆商”的例证,对李象远在重点研发计划申报中,主动联合国内发动机研发、高性能计算和发动机仿真优势单位,并形成项目团队等方面的行为提出表扬。李象远的所谓“胆商”不仅体现在这一方面,2016年秋季,他因病实施了手术,在后续治疗期间,他从容面对疾病威胁,坚守工作岗位和组织项目申报,获准了国家科技部、基金委、工信部等部委的多个大项目立项。

做科研既要低头拉车,更要抬头看路,这是李象远老师对莘莘学子的告诫。谈到对科学的态度时,李象远老师说:科学研究是公益活动,科学家要淡泊名利,要有“坐得板凳十年冷,不写文章半句空”的精神。目前我国的科研生态令人担忧,论文换帽子、帽子换年薪,这导致了科研活动的功利化。在这种风气下,一大批青年精英正在把他们的“大作为”肢解成“短平快”。李象远说,他也喜欢帽子和高薪,只是他不愿意拿自己的科研原则做交易。

“只做重要的,不做时髦的。”当问及科研风格时,李象远如是说。在育人经验方面,他讲述到:“苦干实干,巧干为先。要培养学生的想象力。”

在学生看来,李象远老师是一个贯彻创新理念并会用自身行动去影响他人的人。在科研与学术方面,他永远“走在路上”,一旦有可行的想法便会努力将其付诸实践。他时常教导学生要有问题意识和创新精神,在实际指导过程中,李象远老师也经常提出不同的思路供学生探讨。面对科学,他是严肃的,面对学生,他是温和的,偶尔冒出的黑色幽默也会让学生倍感亲切。在与实验组内学生简短的交流中,笔者也感受到了李象远老师在他们心中的分量。桃李不言,下自成蹊。我们有理由相信,李象远老师所推崇的创新精神与想象力也会因为他的育人理念得到传承与发展。

燃烧动力学中心教师合影

采访撰稿:杨婷

图片提供:受访者

修订:高敏

审核:李天友

编辑:高敏

化学工程学院

2018年12月7日





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