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武漢“院士天團”再添生力軍

   編者按:此次新增的5名院士涵蓋了機械與運載工程、農業、地學和技術科學等領域,科研成果已經在多個領域轉化應用。 
 
倪四道:用地震波為地幔“畫像”
 
 
   人物簡介 
 
   倪四道,地球物理學者。1970年9月生,籍貫江蘇徐州,漢族。中國科學院精密測量科學與技術創新研究院研究員、副院長,大地測量與地球動力國家重點實驗室主任。十四屆全國政協委員。1993年和1996年分別獲中國科學技術大學學士和碩士學位,2001年獲美國加州理工學院博士學位。2004年回國從事教學與科研工作。入選了教育部長江學者特聘教授等人才計劃?,F任中國地球物理學會副理事長,《Geophysical Journal International》和《地球物理學報》等期刊編委。
 
   長期從事地球物理研究。在國家杰出青年科學基金、973項目等資助下,帶領團隊聚焦地球內部界面特征與地球動力學效應等科學問題,提出多指標震相識別與正反演理論方法體系,在地球內部界面復雜形態和精細結構方面取得了系列成果。在《Nature》、《Science》、《中國科學》、《地球物理學報》等國內外學術期刊上發表論文200余篇,研究成果多次被《Science》期刊的展望(Perspective)欄目關注。入選2021、2022年愛思唯爾“中國高被引學者”榜單。作為第一完成人獲湖北省自然科學一等獎1項,中國地球物理學會科學技術進步獎一等獎1項。
 
“測量地球其樂融融”
 
   “我們的工作就是測量地球。”2019年,倪四道研究團隊與中國科學技術大學及國際同行開展合作,首次揭示了地幔410及660千米間斷面的小尺度起伏特征,為地幔對流模式研究提供關鍵證據。
 
   倪四道表示,板塊構造學解釋了地球巖石圈的形成,而為板塊運動提供動力的是地幔的對流運動。長期以來,科學家們對地幔對流模式的研究一直存在巨大爭議:有的認為地幔是一個整體,物質在其中全面流動;有的認為地幔分為上下兩層,兩層的物質互相對流;還有的認為地幔是混合對流,有的區域分層對流,有的區域整體對流。
 
   “科學界對水平方向上100千米以上尺度的地幔間斷面起伏成因,已有系統認識,但10千米的小尺度起伏特征還很不清楚。”倪四道介紹,地震波中的P波可以走到地幔,他的團隊在2012年就發現,當界面特別不平的時候,地震波傳播可能存在不對稱路徑,這有利于探測小尺度的起伏特征。為此,他們搜集了全球密集臺陣記錄到的深震波形。
 
   “要挑選的能量大的深震”,在對包括玻利維亞大地震在內的13個地震的230多條地震波,進行系統的對比分析后,倪四道發現,研究結果支持了地?;旌蠈α髂J?。“地球沒想象中簡單,地幔有的地方是分層流動的,有的地方上下分層不是完全隔絕,有物質對流的現象。”國際著名學者Christine Houser評論:“該項研究成果可以幫助回答地球演化的根本性問題。”
 
   “這項成果尚難以立刻應用于人們的生活,是非?;A的研究,但有利于各學科開展深入研究。”倪四道說,將來若開展地球動力學、地震學、地球化學等多學科交叉合作,有助于定量研究上下地幔物質交換的效率,進一步深化對地球動力學的理解。
 
   長期做基礎研究,會不會很辛苦?他坦言,科學探秘的道路充滿了未知與挑戰,每一點進步都是驚喜。
 
   倪四道與地震波的緣分能追溯到6歲。1976年唐山大地震時,他隨父母在防震棚中住了很長時間。在中科大求學時,他作為教學改革試點班的學生,與少年班同學一起學習,是60多個同學中唯一攻讀“地球物理”專業的學生。在加州理工學院地質與行星科學系獲得博士學位以后,他繼續在該校的地震實驗室從事科研工作。2004年回國至今,從中科大到中科院測量與地球物理研究所工作,他參與創建與運行的“大地測量與地球動力學國家重點實驗室”,已成為我國地震減災科學研究的重要平臺。
 
   倪四道不僅與地震波賽跑,也在基礎研究中找到樂趣。“這項關于地幔的研究,將來對礦產資源的形成、地震災害的機理等研究有一定的參考意義。”這幾年,他的團隊多次到到新疆等西部人煙稀少的地方架設地震臺,現場考察斷層和地質情況。“地球就是我們最大的天然試驗場。”
 
“四點建議”開發湖北頁巖氣 
 
   湖北頁巖氣資源豐富,全省頁巖氣地質資源量14.23萬億立方米,位居全國前列。其中,鄂西地區頁巖氣地質資源量11.68萬億立方米,占全省頁巖氣地質資源總量八成以上。倪四道認為,加快其勘探開發利用,不僅有利于增加全國能源安全籌碼,也將有效緩解湖北天然氣消費高度依賴外調的困境。
 
   他建議:一是編制連片開發鄂西—渝東地區頁巖氣規劃。二是統一規劃部署鄂西地區頁巖氣基礎地質調查、勘探開發、儲運和利用工作。加大湖北省內天然氣管網儲運建設支持力度,提高湖北省頁巖氣產能和經濟效益,實現勘探開發投入和收益的良性循環,促使湖北頁巖氣資源優勢盡快轉化為產業勝勢。三是統籌推進頁巖氣勘探開發對鄂西地區地質、生態、環境影響評價工作。加快鄂西地區頁巖氣勘探開發,促進“雙碳”目標實現,推進綠色低碳轉型。
 
劉勝:期待更多年輕人報效祖國
 
 
   人物簡介
 
   劉勝為武漢大學工業科學研究院執行院長、動力與機械學院院長、微電子學院副院長,主要研究方向為工藝力學在微電子、光電子、LED、MEMS、電力電子等領域應用,寬禁帶半導體生長在線實時監測科學裝置,增材制造集成在線監測科學裝置,MEMS/NEMS, LED, 系統封裝與集成,可靠性等。芯片是國家的命脈,封裝是芯片功能實現的保障。上世紀90年代,我國電子封裝行業自主知識產權匱乏,先進工藝裝備被發達國家壟斷。劉勝一直致力于芯片封裝與集成、先進制造和半導體材料的研究。劉勝高度重視產、學、研相結合,與地方政府、醫院、企業聯合成立多家研究所,切切實實將科學研究投入實踐。
 
解決多個工業界的難題
 
   “在微電子領域,從設計到芯片制造、芯片封裝,再到測試完成后變成產品,是一個相當復雜的過程。”劉勝介紹,微電子廣泛應用在自動駕駛、電力驅動、電力電子等方面,對產品的可靠性要求極高,工藝步驟非常多。這就意味著在產品研發階段,每一個環節都要做到精準計算和控制。
 
   多年來,武漢大學工業科學研究院執行院長劉勝面對國家戰略需求,始終致力于芯片封裝與集成、先進制造和半導體材料的研究,不忘初心、忘我工作,解決了多個工業界的難題。劉勝早年在美國斯坦福大學攻讀博士學位,畢業后獲得韋恩州立大學副教授(終身教授)職位,并由于在科研上的突出成果,獲得美國白宮總統教授獎。劉勝是湖北黃梅人,2000年,面對中國在芯片封裝、電子制造等領域受制于他國的局面,劉勝懷著對祖國和家鄉的熱愛,毅然放棄了國外優越的條件,又婉拒了國內多家著名高校的邀請,回到武漢。
 
   劉勝建立了量子力學-分子動力學、界面斷裂力學和損傷力學為基礎的非線性整體-局部設計理論體系和設計平臺,提出電-濕/熱-應力-化學等多場耦合下缺陷調控理論;建立了粘塑性-損傷/斷裂統一形式的尺度相關材料本構模型,創建了損傷容限設計分步工藝力學方法,突破了界面-濕-熱-應力耦合調控關鍵技術;發明了系列先進封裝技術,解決高密度芯片封裝中翹曲、開裂和壽命短等難題。2016年,劉勝的項目“多界面光-熱耦合白光LED封裝優化技術”獲國家技術發明獎二等獎。2020年,他又憑借項目“高密度高可靠電子封裝關鍵技術及成套工藝”獲國家科學技術進步一等獎。
 
   針對先進薄膜器件表/界面高均勻性和低缺陷生長調控難題,劉勝和他的科研團隊發現薄膜制備過程傳熱傳質、化學反應規律,揭示外延缺陷與應力的演變機理,發展薄膜反應腔設計、薄膜均勻性、缺陷控制等共性技術,主持研發系列高端裝備:MOCVD、CVD、MPCVD、濺射裝備、真空互聯設備系統及薄膜生長缺陷跨時空尺度原位/實時監測與調控實驗裝置(國家基金國家重大科研儀器研制項目)?!?/span>
 
“一天工作將近18個小時”
 
   “劉老師精力旺盛,團隊里的年輕人輪班,才能跟上他的步伐。”這是劉勝科研團隊成員對他的一致評價。
 
   令大家欽佩不已的是,劉勝教授每天早上七八點就來到學校,晚上11點半才離開實驗室,一天工作將近18個小時,卻總是精神飽滿,充滿激情。之前,劉勝家住武漢未來科技城,每天開車回家已是半夜。為方便搞科研,他干脆帶著夫人一起搬到了學校80平方米的教師公寓里,每天除了睡覺,基本駐扎在實驗室和辦公室。
 
   在劉勝的精神激勵下,科研團隊成員全力以赴,刻苦攻堅,科技部重點研發計劃項目“金屬增材制造在線監測系統”順利通過驗收,獲得專家一致好評;基金委國家重大科研儀器研制項目(部級推薦)“薄膜生長缺陷跨時空尺度原位/實時監測與調控實驗裝置”以優異成績通過中期考核,并完成了核心技術攻關、全部設計和部分制造,取得了豐碩的成果。
 
   執教30余年,劉勝培養了百余名碩士、博士及博士后。他不僅大力培養學生科研素養和創新能力,也一直對學生進行愛國教育,引導他們形成正確的價值觀和人生觀。
 
   “勤勞聰明的中國人,完全有能力打破國外的技術壟斷,希望更多優秀人才能夠學成歸來,報效祖國。”劉勝說。他創辦了東湖論壇,還擔任武漢大學首屆國際交叉科學論壇的執行主席,不遺余力地從國外引進了很多優秀學者,為我國相關領域儲備了大量的技術性人才。另外他也積極探討工科教育體制,大力推動工程博士的培養,以實踐創新為導向,培養了一大批具備解決復雜工程技術問題、進行工程技術創新的專業型人才。
 
金梅林:動物與人體健康的“衛士”
 
 
   人物簡介
 
   40余年來,華中農業大學動物科學技術學院、動物醫學院金梅林教授始終圍繞重要人獸共患病和動物新發突發疫病防控的國家重大戰略需求,開展了深入系統研究,為我國動物防疫事業和獸醫公共衛生安全做出了重大貢獻。
 
與病毒“賽跑”:把動物與人體健康、公共衛生安全放在首位
 
   “金老師,我們這邊發現了疑似非洲豬瘟……”
 
   2023年11月17日一大早,剛到辦公室的金梅林教授就接到了一通求助電話。“好的,不著急,我們馬上安排人員過來檢驗!”
 
   安排豬場樣本采集、制定預防方案、運送小分子生物制劑,金梅林和團隊成員立馬行動起來,奔赴在動物疫病預防診斷一線……
 
   眾所周知,我國是世界上最大的養殖大國。家禽疫病對養殖事業的危害最為嚴重,深刻地影響著人民生命健康。這便是金老師事業的起端。
 
   金梅林的父親是南下干部,曾創建湖北第一所畜牧獸醫??茖W校,培養了一批專業人才,創建了第一所湖北省獸醫生物制品廠,研發出多種畜禽疫病防控的產品。父輩在畜牧獸醫領域的創業史和情懷潛移默化感召和影響著她。
 
   在她印象里,孩童時最樂意的一件事便是到畜牧獸醫學校微生物實驗室觀察顯微鏡下的微觀世界、到動物實驗場觀摩豬牛馬羊的繁育和手術?;蛟S,正是那段難忘歲月,讓她與畜牧獸醫結下了不解之緣。
 
   1980年,她從北京大學獸醫生物學專業畢業回到武漢,在華中農業大學從事教研工作。彼時,豬痢疾病傳入我國,危及人畜安全。金梅林一頭便扎進這項研究工作,一干就是八年,針對豬痢疾病原嚴格厭氧不易分離的瓶頸,創新培養系統,研究系列免疫診斷技術,結合藥物凈化策略,有效遏制了該病的流行,獲“六五”期間省部級科技進步獎及行業表彰,也得到了學界認可。后來她說,這“八年抗戰”為她今后的科研生涯奠定了堅實基礎。
 
   “國以民為本,民以食為天,食以安為先,安以防為主”。多年來,金梅林團隊聚焦動物流感、豬鏈球菌等人獸共患傳染病和重要動物疫病的防控技術研究,致力于動物防疫工作,讓更多安全放心的肉、蛋、奶走向中國人的餐桌。就這樣,她帶領團隊先后參與處理2000年豬細小病毒“流產風暴”、2005年四川豬鏈球菌病、2009年甲型“H1N1流感”、2010年一級保護動物麋鹿突發“神秘病”, 2018年她率先承擔國家、省級非洲豬瘟“揭榜掛帥”應急等攻關任務……奔赴在“戰火”紛繁的獸醫公共衛生防疫和動物保護事業前線。
 
   2020年2月2日,雨雪交加、寒風凜冽。金梅林教授和團隊冒著生命危險兩次越過華南海鮮市場“紅線區”,對動物及相關環境進行監測,對13種家養、馴養、野生動物及寵物進行感染風險排查,率先開展血清學調查。在大量實驗基礎上,為藥物及疫苗評價提供了有力的模型,陸續向國家、湖北省提交10余項疫情防控技術攻關建議和請示,均被采納或批準實施。她日夜奮戰在科技抗疫一線,為我國疫情防控提供了重要的科學支撐。
 
科研“工匠精神”:把國家需求當作重中之重
 
   “時間真快,一晃我就從第六個五年計劃干到了‘十四五’……”金梅林的計時方式比較特別——以“五年計劃”來度量。數十年如一日,她始終與國家同頻共振、堅持對接國家重大戰略需求。
 
   豬鏈球菌病和副豬嗜血桿菌病是全球危害最嚴重的兩大豬細菌病,且豬鏈球菌2型感染入導致高死亡率。金梅林帶領團隊系統闡明了這其中重要病原菌致病與免疫分子基礎,實現抗原精準高產,創制系列高效疫苗,豬鏈球菌病—副豬嗜血桿菌病二聯亞單位疫苗國際領先。
 
   該項成果獲新獸藥注冊證書6項,豬細菌病疫苗創新研發居世界前列。疫苗累計應用2.59億頭份,近3年豬鏈球菌病系列疫苗批簽發量占同類產品的73.8%,居全國首位。
 
   動物流感頻發,嚴重危害養殖業,并威脅人類健康。如何打破國外壟斷、解決豬流感的“卡脖子”難題一直是金梅林孜孜求索的重大課題。在她和團隊的共同努力之下,他們解析動物流感病毒與宿主互作機制,率先創建“欄圈邊”的“快準廉”檢測技術,研發出中國首個豬流感疫苗。
 
   相關成果獲新獸藥注冊證書5項,轉讓27項次,建立了湖北省地方標準7項。值得一提的是,他們研究的檢測試劑盒還廣泛用于其他國家應急預警。
 
   就在一個月前,2023豬業創新發展大會在華中農大舉行。金梅林在會上分享了非洲豬瘟多維度防控技術策略,提出預警檢測、功能性復合生物制劑提高機體抗感染閾值,同時結合生產安全相關技術一體化的綜合防控非洲豬瘟的策略。
 
   科研榮譽的取得來之不易,她視時間如生命,始終圍繞行業需求導向、問題導向開展研究,建立平臺、培養人才、突破技術壁壘、開發創新產品,將自主研發技術和產品普惠到農業養殖業,為實現人類、動物、環境同一個健康理念而多向奔赴。
 
   金梅林的研究成果不是放在實驗室、放在書架上,而是實實在在應用于產業一線。湖北武漢、廣西揚翔、四川資陽……金梅林的成果遍布全國31個省市自治區。據統計,多年來她自主研究成果轉讓59項/次、轉讓經費2.2億元、養殖業增效高達577億元……
 
   豬糧安、則天下安??萍假x能現代豬病防疫,金梅林和團隊一直在路上。
 
張獻龍:“種棉花的農民”
 
 
   人物簡介
 
   初秋新疆,風物甚美。廣袤的棉田里,棉果飽滿、含苞待放,棉農臉上洋溢著豐收的喜悅。
 
   “同學們看看這一片植株,葉片適中、鈴卵圓型、結鈴性強、整齊度比較好……”石河子天業智慧農業示范區,華中農大張獻龍教授一手托著植株、一手摘下棉果,和同學們一起仔細觀察著“華棉702”的農藝性狀。
 
   深入產業主產區、躬耕科研育人一線,30多年來,張獻龍把論文書寫在祖國大地上,為我國棉花育種研究和一流人才培養作出了卓越貢獻。
 
   “豬糧安天下,一棉暖萬家。”我國是世界上最大的產棉國和消費國,然而,種質資源狹窄的現狀嚴重制約了我國棉花產業的快速發展。1992年,不到30歲的張獻龍在剛剛成立的作物遺傳改良國家重點實驗室領到一張僅僅1.5平方米的試驗臺,在前輩們工作的基礎上,開始了棉花育種工作的艱難探索,打破優質棉長期依賴進口的局面,是他孜孜以求的夢想。
 
   同事聶以春教授回憶說,1990年到2002年,是張獻龍艱苦創業的十二年,育種體系不完善,科研轉型困難,張獻龍一個人、一張桌子、一個學生,延續數年,但即便連續4次申請國家自然科學基金失敗,他也從未放棄對棉花育種的執著,一直瞄準國際前沿,不急不躁、潛心科研。
 
   張獻龍帶領學生經過對300多個棉花品種的系統測試、篩選獲得了具有高效再生和高頻轉化效率的陸地棉種質“YZ—1”,并獲得了轉基因方法專利,這是迄今再生最快和轉基因效率最高的陸地棉種質,已被全世界廣泛用于棉花基礎和生物技術研究。
 
   此后,他又帶領團隊接續創造了多項國際領先成果:率先繪制陸地棉和海島棉參考基因組,解析棉花遺傳資源的演化規律,為開展精準設計育種提供了“路標”;創建棉花體細胞雜交和植株再生技術,突破遠緣雜交不親和障礙,開辟了資源創制新途徑;創新棉花轉基因和基因編輯技術體系,有效提升了我國棉花育種效率,引領世界棉花細胞工程和基因工程發展……
 
   新疆是我國最大的植棉區,貢獻了我國90%的棉花產能,但新疆棉區枯、黃萎病和高溫干旱危害嚴重,培育多抗品種是新疆棉區的迫切需求。針對此關鍵問題,張獻龍聯合新疆農墾科學院、石河子大學等單位,歷時15年,研發了1000余份優質、多抗材料,培育出金墾1161、新825等10個多抗機采棉品種,累計推廣1030萬畝。
 
   30年來,張獻龍始終保持了這個傳統:每年帶領團隊老師和學生奔赴三大棉區田間地頭調查,及時了解棉花產業發展需求、棉田病害情況和農民收入狀況,并堅持每年為棉農講“棉花經”。他認為,作為農業大學的老師,決不能在黑板上“種地”、在實驗室“種地”,只有到農田里去,到棉農中間去,傾聽棉農的呼聲,了解產業發展需求,才能讓科研成果真正造福社會。他說:“‘種棉花的農民’這6個字,把我一生都概括了,兩個關鍵詞:種地、農民。”
 
陳學東:助力國產IC光刻機重大突破
 
 
   人物簡介
 
   華中科技大學數字制造裝備與技術國家重點實驗室常務副主任、教授陳學東始終面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求,專注于機械系統動力學設計與控制的研究,發展了面向服役過程的機械系統動力學建模、計算、優化及控制的方法與技術,研發了機械抗沖擊、抑擾動及減振動的動力學設計與控制系統及相關功能部件或裝置,應用于全球首臺極地超深油氣鉆機、首臺國產IC光刻機和多種國防重器,為我國重大裝備制造的自主可控做出重要貢獻。
 
   納米精度工作臺是IC光刻機三大核心部件之一,制造難度極大,我國在該領域長期落后,被“卡脖子”。面向國家戰略需求,陳學東教授建立超精制造裝備多場耦合動力學模型,提出減擾動結構動力學設計方法,發明納米精度工作臺設計與控制技術,研制了納米精度多自由度工作臺,應用于國產首臺IC光刻機和國產首臺封裝光刻機,助力我國IC光刻機自主研發的重大突破。
 
   復雜振動抑制技術是機載尖端光電系統服役性能的根本保證。傳統技術無法滿足尖端儀器裝置對環境振動近零隔離的苛刻要求,這是公認的國際難題。為此,陳學東教授提出準零剛度-變阻尼減振動力學設計與控制方法,發明相斥磁性負剛度和無源頻變阻尼技術,研制了系列高性能減隔振裝置,已應用于陸???類重器中20種光電系統/裝置減隔振,滿足了我國航空航天航海和先進武器裝備研制的急需。
 
   油氣鉆機等大型重載裝備是支撐國民經濟支柱產業的核心,其服役環境極端,載荷大、沖擊強、結構易畸變失效,他提出重載裝備結構耦合/接觸動力學建模及計算優化方法,研發超深鉆機等抗沖擊動力學設計系統,發明大型臂架結構動態試驗臺,應用于世界首臺7千米極地超深鉆機等重大裝備的研制,支撐我國相關裝備制造技術的快速發展。
 
   陳學東教授組建了機械系統動力學設計與控制“雙一流”建設研究團隊,回國以來帶領團隊培養博士后、博士及碩士研究生逾百名,打造了一支政治過硬、學風優良、團結協作的人才隊伍,為機械學科發展和人才培養做出突出貢獻。
 

責編:一冰

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