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專訪中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院副研究員李正坤

發(fā)布時(shí)間:2010-03-24 作者:楊 蕾 來源:本站整理 瀏覽:3037

永不言棄的攀登者

——記第十一屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)獲得者、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院副研究員李正坤

圖為李正坤正在進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。王秋艷 攝

    □ 《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》記者 楊 蕾/文

  他喜歡登山,尤其喜歡那些沒有開發(fā)、沒有路的野山。路上的風(fēng)景與到達(dá)目的地后的喜悅都令他陶醉。

  他喜歡挑戰(zhàn),喜歡向那些高精尖的課題發(fā)起挑戰(zhàn)。在科學(xué)研究的征途中,他翻越了一座座山峰,正在向更高、更難超越的山峰發(fā)起沖擊。在他看來,科研與登山似乎有著某種聯(lián)系,都深深地吸引著他。

  他就是年僅33歲、第十一屆中國(guó)青年科技獎(jiǎng)獲得者、中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院副研究員李正坤。

  與眾不同的沖勁

  “記得第一次見到他時(shí),他個(gè)子不高,很內(nèi)向。”回憶起1999年在碩士生面試現(xiàn)場(chǎng)見到李正坤時(shí)的情景,中國(guó)工程院院士、電磁學(xué)研究專家張鐘華說:“他不愛說話,問了他幾句英語(yǔ),他也支支吾吾,半天都回答不上來。”憑經(jīng)驗(yàn),張鐘華當(dāng)時(shí)就判斷眼前這個(gè)學(xué)生不是那種玲瓏剔透、聰明絕頂?shù)娜恕?ldquo;這個(gè)學(xué)生到底能不能做出成果來,我當(dāng)時(shí)心里真沒底。”

  后來的事實(shí)證明,這個(gè)出生在河南農(nóng)村的小伙子沒讓自己的老師失望。

  1999年,22歲的李正坤從中國(guó)計(jì)量學(xué)院計(jì)量測(cè)試工程專業(yè)本科畢業(yè),報(bào)考了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院儀器科學(xué)與技術(shù)專業(yè)碩士研究生。能夠師從張鐘華這樣的計(jì)量學(xué)界老專家,李正坤非常珍惜這樣的機(jī)會(huì)。

  張鐘華很快發(fā)現(xiàn),這個(gè)當(dāng)時(shí)那么不起眼的學(xué)生很快表現(xiàn)出與別人不一樣的特點(diǎn)。“他很能吃苦,總有很多新方法、新點(diǎn)子。”

  中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院電學(xué)與量子研究所副所長(zhǎng)邵海明說:“李正坤的腦子里總能迸發(fā)出很多讓人意想不到的靈感。從他還是學(xué)生的時(shí)候開始,我就察覺到,這個(gè)年輕人有種與眾不同的沖勁。”

  碩士畢業(yè)以后,李正坤留在了中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。2003年,李正坤在攻讀西安交通大學(xué)在職博士生期間,第一次作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人主持開展了“電阻傳遞標(biāo)準(zhǔn)用可攜式高精度空氣控溫箱”課題研究。李正坤創(chuàng)造性地采用了一種多變量控制方法,在控溫箱內(nèi)安裝多個(gè)溫度傳感器和加熱器,群體測(cè)控多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的溫度。此外,他還提出一種新穎的解耦方案,消除了多傳感器、多控制器之間的交連耦合,使整個(gè)系統(tǒng)可分解為幾個(gè)單參數(shù)控制回路,線路大為簡(jiǎn)化。李正坤的方法不但使箱體的總體溫度穩(wěn)定,并且無(wú)需很厚的均溫層就可達(dá)到較好的溫度均勻度,能夠很好地保存量子化霍爾電阻基準(zhǔn)系統(tǒng)中的實(shí)物傳遞標(biāo)準(zhǔn)。

  2004年6月,李正坤將此項(xiàng)研究成果在當(dāng)年召開的國(guó)際精密電磁測(cè)量大會(huì)上發(fā)表。由于成果的新穎和創(chuàng)造性,李正坤獲得大會(huì)提供的青年科學(xué)家資助。

  國(guó)際精密電磁測(cè)量大會(huì)是國(guó)際精密測(cè)量領(lǐng)域最高級(jí)別的研討盛會(huì),每?jī)赡昱e行一次。青年科學(xué)家資助是大會(huì)專門為從事該領(lǐng)域不滿5年的青年科研人員設(shè)置的,主要目的是鼓勵(lì)那些新入行的科研人員提交論文并參與國(guó)際交流,每次大會(huì)有20名青年科研工作者獲得資助。

  那些來自世界各國(guó)的評(píng)委們或許沒想到,時(shí)隔兩年,在2006年的國(guó)際精密電磁測(cè)量大會(huì)上,上次獲獎(jiǎng)的那個(gè)瘦瘦的中國(guó)小伙子又一次引起了他們的極大關(guān)注和興趣。這一次,李正坤提交的研究成果是“交流電阻標(biāo)準(zhǔn)研究”,這也是李正坤博士論文的研究?jī)?nèi)容。在研究中,李正坤提出了一種新型的雙螺線型交直流差可計(jì)算電阻方案,并對(duì)此種結(jié)構(gòu)進(jìn)行了建模和理論分析。理論計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果均表明,此種結(jié)構(gòu)在多個(gè)方面均優(yōu)于國(guó)外已發(fā)表的多種方案,解決了我國(guó)交流電阻標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源問題。李正坤憑著自己的這一創(chuàng)新成果再次獲得大會(huì)提供的青年科學(xué)家資助。同時(shí),新的方案還引起了相關(guān)領(lǐng)域國(guó)外專家的關(guān)注。在2007年9月中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院簽訂的合作備忘錄中,雙方明確表示在此領(lǐng)域開展合作。

  連續(xù)兩次獲得國(guó)際精密電磁測(cè)量領(lǐng)域最高級(jí)別會(huì)議的資助,這對(duì)一個(gè)博士還未畢業(yè)的年輕人來說,并不是一件容易的事情。

  巧妙的連接

  李正坤從進(jìn)入中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院攻讀碩士以來,就加入到由張鐘華主持的“量子化霍爾電阻基準(zhǔn)”研究項(xiàng)目組中。量子化霍爾電阻基準(zhǔn)研究是一項(xiàng)高難度課題,為了建立我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的量子電阻基準(zhǔn),張鐘華帶領(lǐng)的課題組正在進(jìn)行艱難的開拓。一個(gè)剛?cè)胄械哪贻p人能夠參與到這樣重要的研究中,李正坤說,自己真的很幸運(yùn)。

  在研究過程中,大家發(fā)現(xiàn)環(huán)境氣壓的波動(dòng)和氦氣回收氣柜周期性的振動(dòng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)造成了很大影響,嚴(yán)重時(shí)甚至使得測(cè)量無(wú)法進(jìn)行。“如何才能減少氣壓的波動(dòng)?”那段時(shí)間,這個(gè)問題一直困擾著課題組,大家也嘗試了很多不同的解決辦法,可是效果一直不理想。

  李正坤并沒有發(fā)表太多意見,而是一個(gè)人躲到一旁看書去了。喜歡看書,喜歡從書中尋找靈感,喜歡在遇到問題時(shí)通過查閱文獻(xiàn)尋找思路,這正是李正坤這些年來邊做邊學(xué)、邊學(xué)邊做而養(yǎng)成的一種習(xí)慣。

  在早已被翻舊的參考書上,李正坤突然看到了“濾波器”幾個(gè)字。電學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常會(huì)遇到諧波以及噪聲信號(hào)的干擾,為了過濾這些干擾信號(hào),一般需要安裝一種濾波器,這在電學(xué)領(lǐng)域里是一個(gè)普通得不能再普通的常識(shí)。“噪聲信號(hào),氣壓波,同樣都是干擾波,能不能把電學(xué)中的濾波器原理用來過濾氣壓的波動(dòng)?”這一想法讓李正坤自己也為之一振,有一種柳暗花明的感覺。

  李正坤找到張鐘華,把自己的想法說了出來。“理論上應(yīng)該行得通,可以試一試。”老師的答復(fù)給了李正坤莫大的鼓舞。在老師的指導(dǎo)下,李正坤與課題組其他成員一起,設(shè)計(jì)了詳細(xì)的操作方案。他們就地取材,利用實(shí)驗(yàn)中空閑的氦氣杜瓦瓶,組裝成了一臺(tái)用來過濾氣壓波動(dòng)干擾的儀器。

  一切準(zhǔn)備就緒,實(shí)驗(yàn)開始了。時(shí)間一秒一秒地過去,李正坤目不轉(zhuǎn)睛地盯著電腦屏幕上顯示出來的數(shù)據(jù)曲線。緊張、期望、激動(dòng)……外表看起來依然沉著冷靜的李正坤內(nèi)心卻猶如波濤洶涌一般,周圍的空氣仿佛都凝固了,李正坤幾乎都能聽到自己的心跳聲。

  最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,正如李正坤當(dāng)初所設(shè)想的那樣,這臺(tái)自制的儀器有效解決了氣壓波動(dòng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的沖擊,將系統(tǒng)的信噪比提高了兩倍以上。而且由于使用的是空的氦氣瓶,在過濾氣壓波的同時(shí)還很好地回收了價(jià)格昂貴的氦氣,為課題組節(jié)省了大量實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi),真是一舉兩得!

  李正坤格外興奮,情不自禁地哼起了小曲兒。

  兩個(gè)完全不同的領(lǐng)域,卻被李正坤如此巧妙地連接起來。“這是我最值得驕傲的創(chuàng)新成果。”直至今天,李正坤的回憶里仍然充滿了幸福。“我是搞電學(xué)的,對(duì)電學(xué)中的概念比較熟悉,能夠?qū)㈦妼W(xué)中的概念引進(jìn)過來,這大概也就是所謂的舉一反三、觸類旁通吧。”

  套用電學(xué)中的“濾波器”概念,大家把這臺(tái)自制的儀器叫做“氣壓濾波器”,現(xiàn)在已獲得發(fā)明專利。

  結(jié)合課題組其他成員提出的多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù),我國(guó)的量子化霍爾電阻基準(zhǔn)不確定度已經(jīng)達(dá)到2.4×10-10,比世界最好結(jié)果還要高出10倍。2007年,“量子化霍爾電阻基準(zhǔn)研究”課題榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng),李正坤作為第三獲獎(jiǎng)人獲此殊榮。

  “李正坤在課題中的貢獻(xiàn)有目共睹,能拿一等獎(jiǎng),他功不可沒!”張鐘華對(duì)李正坤的表現(xiàn)給予了高度評(píng)價(jià)。

  自己“摘蘋果”

  “參與研究這個(gè)世界級(jí)難題,對(duì)我來說是鍛煉和學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì),正因?yàn)殡y才更有挑戰(zhàn)。”李正坤的目光露出更加堅(jiān)定的神情。

  2007年,李正坤加入到張鐘華主持的“能量天平質(zhì)量量子基準(zhǔn)的研究”課題中。說這個(gè)課題是“世界級(jí)難題”一點(diǎn)兒也不夸張。質(zhì)量基準(zhǔn)是國(guó)際單位制7個(gè)基本量中惟一還沒有量子化的基準(zhǔn),國(guó)外已經(jīng)投入了幾十年的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行研究,提出過多種方案。不管是德國(guó)的“電壓天平”方案,日本、意大利、澳大利亞等國(guó)的“硅球”方案,還是英國(guó)、美國(guó)、法國(guó)、瑞士等國(guó)進(jìn)行的“功率天平”方案,都還未達(dá)到替代實(shí)物基準(zhǔn)的要求。國(guó)際計(jì)量界特別希望能有更多國(guó)家提供測(cè)量結(jié)果,特別是采用不同原理的裝置測(cè)量的結(jié)果將更有價(jià)值。因此,當(dāng)我國(guó)在國(guó)際上發(fā)表由張鐘華院士提出的“能量天平”方案后,引起了國(guó)外同行的高度關(guān)注。

  我國(guó)提出的“能量天平”方案包括3個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):互感量的精確測(cè)量、線圈系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和天平系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其中首先需要解決的就是互感的精確測(cè)量問題,而李正坤正是該部分的負(fù)責(zé)人。

  目前,國(guó)際上互感測(cè)量不確定度的最高水平為2×10-6,要想提高整個(gè)能量天平研究的準(zhǔn)確度,必須把互感測(cè)量的不確定度減小到10-7量級(jí)甚至更小才能滿足要求。

  好幾次,實(shí)驗(yàn)遇到難點(diǎn),李正坤一籌莫展,張鐘華希望能夠幫助他解決問題,誰(shuí)知李正坤并不“領(lǐng)情”。“張老師,你不要輕易告訴我們解決方法,你老這樣,我們年輕人還怎么進(jìn)步?”李正坤無(wú)意冒犯老師,他只是覺得,越難的課題就越是鍛煉自己的好機(jī)會(huì)。“張老師的知識(shí)太豐富了,一個(gè)困擾我們好幾個(gè)星期的難題可能他三言兩語(yǔ)就解決了。沒有經(jīng)過自己的思考和努力,永遠(yuǎn)也無(wú)法真正進(jìn)步。就像大人和孩子一起摘蘋果,大人可能一伸手就能輕而易舉地摘到,孩子可能需要費(fèi)很大勁爬到樹上才能摘到。如果每次都是大人摘了蘋果放到孩子手中,那這個(gè)孩子永遠(yuǎn)都學(xué)不會(huì)爬樹,得不到鍛煉。”李正坤要做那個(gè)自己爬樹摘蘋果的“孩子”。

  遇到挫折時(shí),李正坤有時(shí)也會(huì)很懊惱。他對(duì)自己尊敬的張老師說:“好多次我都覺得很灰心,想了很多招兒都不靈,我就怕自己攻不下這個(gè)難關(guān)。”張老師的堅(jiān)持和樂觀,同事的幫助和鼓勵(lì)一次又一次激勵(lì)著李正坤。在李正坤心目中,團(tuán)隊(duì)是他汲取力量的源泉,是支撐他前進(jìn)的動(dòng)力。

  李正坤說,每當(dāng)遇到解決不了的難題自己就會(huì)悶悶不樂,這時(shí)候,他最想做的事就是去登山。“我特別喜歡和朋友一起去征服那些從未去過而且沒有開發(fā)過道路的野山。有時(shí)候你覺得自己已經(jīng)完全沒有力氣再前進(jìn)一步了,但當(dāng)你看到身旁的人都還在堅(jiān)持,還在前進(jìn),你又會(huì)鼓勵(lì)自己,再堅(jiān)持一下,再前進(jìn)一步。”

  迷茫——灰心——堅(jiān)持——前進(jìn)……

  正是在這樣無(wú)數(shù)次的循環(huán)中,李正坤離目標(biāo)越來越近。

  李正坤通過深入研究,提出了一種精密測(cè)量互感的新方案——將互感量值溯源到量子化霍爾電阻基準(zhǔn)和時(shí)間頻率基準(zhǔn)。“我國(guó)的量子化霍爾電阻基準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平,不確定度達(dá)到10-10量級(jí);時(shí)間頻率測(cè)量的不確定度也處于世界先進(jìn)水平,達(dá)到了10-14量級(jí)以上。因此,我們提出的這個(gè)新方案,從原理上就已經(jīng)優(yōu)于國(guó)外方案了。”經(jīng)過兩年的努力,李正坤負(fù)責(zé)的互感測(cè)量不確定度已經(jīng)達(dá)到了1×10-7,比國(guó)際最高水平還要高出一個(gè)數(shù)量級(jí),此項(xiàng)技術(shù)的突破為質(zhì)量基準(zhǔn)的量子化提供了重要的技術(shù)支撐。

  中國(guó)工程院周立偉院士評(píng)價(jià)說:“互感是項(xiàng)目的核心內(nèi)容,重中之重,測(cè)量結(jié)果取得10-7量級(jí)的重復(fù)性難能可貴。”

  中國(guó)工程院院士金國(guó)藩也不吝褒揚(yáng)之辭:“互感測(cè)量能突破10-7量級(jí)的重復(fù)性實(shí)屬不易,超過了國(guó)外一個(gè)數(shù)量級(jí)。能量天平方法前途光明,值得嘗試。”

  “他是我的學(xué)生,而且一直跟著我做課題,可能會(huì)有人說他是‘大樹底下好乘涼’,甚至說他是‘乘船坐車’的人。但我心里明白,在每個(gè)課題里,他都實(shí)實(shí)在在做了很多工作。”張鐘華院士意味深長(zhǎng)地說。

  2月5日,中國(guó)計(jì)量院青年科技論壇現(xiàn)場(chǎng),李正坤正在臺(tái)上做題為《青年科技人員的成長(zhǎng)與責(zé)任》的報(bào)告。

  “青年科技人員的成長(zhǎng)離不開國(guó)家形勢(shì)、發(fā)展平臺(tái)和個(gè)人努力3個(gè)要素。作為青年科研工作者,應(yīng)該珍惜大好時(shí)機(jī),實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值,回報(bào)社會(huì)和國(guó)家……”李正坤從國(guó)家對(duì)科技工作的高度重視和支持談到中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院為青年科研人員提供的良好平臺(tái),從勤能補(bǔ)拙談到團(tuán)隊(duì)的成功才能造就個(gè)人的發(fā)展,從遇到問題不能繞道而走談到科研工作絕不能弄虛造假,聽得出,每一句話都是李正坤的肺腑之言。

  “我能得這個(gè)獎(jiǎng)其實(shí)挺幸運(yùn)的,我是代表全國(guó)質(zhì)檢系統(tǒng)得的這個(gè)獎(jiǎng)。其實(shí)周圍比我優(yōu)秀的人還有很多,我只是比較幸運(yùn)而已。”說這番獲獎(jiǎng)感言時(shí),李正坤的眼神里依舊保持著一如既往的謙虛和平靜。

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