严开祺: 用“小微球”载起“大国梦”

  • 文/周锦童 刘思彤 (党委宣传部/新闻中心)
  • 创建于 2021-05-13
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  编者按:“小时候,看到爱迪生的故事时,小男孩觉得,‘他们能够折腾出一些新奇的东西,这是一件很酷的事情。’再后来,发现时代都是用材料命名的,他认为,‘材料研究是一件很有意义的事情。’长大后,他渐渐发觉,原来这就叫:热爱。”

  全球登月的人数有多少?

  答案是,不到15人。

  那么去过深海一万米的人数呢?

  你可能想像不到,在“ 奋斗者”号突破万米载人深潜之前,人类到达万米水深的人数还没有登月的人数多。

  从2012年,到2020年;从“蛟龙”号,到“奋斗者”号;从7062米,到10909米。中国载人深潜团队历时8年打破了万米深海的桎梏。年仅33岁的中国科学院理化技术研究所项目研究员严开祺作为本次奋斗者”号全海深载人潜水器结构系统的副主任设计师,肩扛中国梦,直“潜”深海,为“奋斗者”号寻找最适合深海的浮力材料。而他的伟大旅途开端,始于爱迪生照亮世界的那盏灯光……

严开祺在进行空心玻璃微球的扫描电子显微观察

种 子

  “我想当一名科学家!”科幻动画和科学故事是严开祺小时候最爱的伙伴。“有的时候看到漫画里面有一些我不认识的材料,就会好奇,再长大一点的时候 看到发明家的传记,我就想,如果有机会能够有自己的实验室,折腾出更好玩的东西,那该多好!”“我印象最深的是,看到爱迪生从很多种材料中摸索什么材料可以制造灯丝时,当时真的巴不得自己亲自去试一试。”爱迪生试验了1600种材料为世界带来了光明,而这盏光也点亮了小严开祺好奇的心。就这样,儿时的启蒙悄悄地埋在了他的心底。

  随着认知的增加,“材料”这两个字在严开祺看来不仅是一个令人新奇的事物,而是被赋予了更多重要的意义。“我们很多时代都是用材料来命名的,比如说新石器时代、铁器时代还有青铜时代,等等。那个时候我发现材料的研究和人类社会的发展是息息相关的。”童年对科学家故事的憧憬和向往逐渐被时光镌刻出了更清晰的轮廓。在大多数人难以抉择的路口,严开祺毫不犹豫地作了决定。“做材料研究对我来说是‘一件’非常有意义的事情,所以高考结束后选择大学专业时,我第一志愿就填报了材料化学。”

  “后来从南开保研的时候了解到理化所微珠团队的研究方向,觉得这个方向能够在和国际顶尖团队赛跑的同时,为国家产业贡献出自己的力量,所以自己就毅然决然地选择跟随张敬杰老师继续学习深造。”对于严开祺而言,这个选择充满挑战,但同时它也开启了通往自己儿时所梦想的科学殿堂之门。2012年,严开祺硕士毕业于中国科学院研究生院,2017年,他从中国科学院大学博士毕业,开启了深海材料研究之旅。

严开祺在进行材料的动态热机械分析测试

汲 取

  提及过去的成长经历,严开祺打心底里充满了感激之情。“这么多年,对我有影响的人肯定是非常多的。很多老师、同学、朋友都给予了我莫大的帮助。”“尤其是我的家人。”因为从小父母对严开祺就坚持鼓励的教育理念,所以只要自己做的事情是对的,父母都会尽全力支持,“我会和他们说我作的这些决定的利弊,因为自己会有比较大的权衡,所以他们会很放心,也会努力为我营造很好的成长环境,我可以放开做我喜欢的、我想做的事情。”“我深知,我今天所取得的成绩与他们是分不开的。”

  梦想的绽放需要沃土的耐心栽培,还需要雨露的无私浇灌。在严开祺的科研道路上,有两位老师不仅扮演了传道授业解惑的角色,更是以实际行动引领严开祺去了解、探索以及发掘科学。“一位是我们团队的创始人,宋广智先生;还有一位是我的研究生导师,是我们现在实验室的主任,也是宋老师的学生,张敬杰老师。”谈及宋老师,严开祺形容道,“他是一位十分优秀的战略科学家。”在宋老师身上,严开祺看到了从小自己所仰慕的真正的科学家的模样:一丝不苟,严谨细致。“而且我和宋老师比较投缘,经常和他会有深入的交流。也是在和宋老师的互动中,我更多的是学会了如何辩证地去看待科学问题,以及如何立足多个视角来解决问题”。严开祺举了个例子,“比如在做科研的过程中,总是会遇到导致问题产生的自变量种类特别多的情况,而我总是会钻牛角尖,所以即便最后找到了满意的结果,但是会浪费大量的宝贵时间。”“宋老师就会时常提醒我要多去抓主要矛盾,教导我学会提高效率,这也是我们做科研的过程中至关重要的一环。”

  如果说,宋老师的指引为严开祺开阔了钻研学术的视角,那么张老师则是给予了严开祺开垦未知领域的得手工具。“张老师领我走进了这个领域,不但教会了我很多技能,更重要的是她在授人以渔的过程中平等地引导我。”“不仅是把问题抛给我,而是不断推着我自己去思考问题。对我来说,收获颇丰。”

严开祺与微珠团队的研究生合影

(前排左至右:贾倩倩、刘冉、严开祺、杜改平 后排左至右:刘强、肖维新、韩钢)

磨 砺

  2009年9月,严开祺顺利被保送至中国科学院理化技术研究所应用化学专业读研。“研一的时候只能算刚刚加入团队。我真正融入团队应该是在2010年,如今不知不觉我已经走过10个年头了。”十年磨一剑,只望一朝试锋芒,在日复一日,年复一年的磨砺中,严开祺始终与团队齐心合力,并肩跨越重重高山。

  然而,对于这个团队来说,成功并不只是“十年磨一剑”,用严开祺的话来讲,是“二十年磨一剑”,“因为研究核心材料是一个延续性的过程,对于浮力材料的核心要件——空心玻璃微球来说更是如此。”“我们在这个方向已经钻研25年之久了,整个团队一直都在做这个事情。”换句话说,严开祺和团队始终致力于深入研究对国民经济有重大影响或者满足国家重大需求的微米级球形粉体新材料,并进一步拓展它的应用边界。“我的首要工作内容是核心材料的研制和生产,探讨如何提高空心玻璃微球的性能。”鉴于目前世界上生产空心玻璃微球材料的只有3家美国公司,国际上激烈的竞争环境,国家间高压的科技限制为严开祺和他的团队设置了一道又一道阻碍,但却阻隔不了他们排除万难,只为攻克这一难关的心。“因为很多好的东西我们买不到,所以我的任务就是让我们能够有自主可控的核心技术,提升我们自己基础材料的保障能力。”

  除了承担研发重任,严开祺还需要做好连接各部门的沟通纽带。“我的第二个工作内容就是如何去跟潜水器的总体对接。”由于“奋斗者”号的设计和研发工程量非常庞大,所以严开祺坦言,“完成一个大工程,其实这和做科研还是有很大区别的。”协调研究任务,明确任务进度,确保能够及时做好研发者和管理者的角色转换就成为严开祺的另一项重要工作。“我们团队是做浮力材料的,所以总体上,我需要了解整个‘奋斗者’号的设计思路,然后从我们的角度提供关键材料的一些核心参数。”“此外,我们的小总体里包含了6个单位,有研究所,也有知名大学等,所以我需要去协调各个参研单位的研究任务和进度,这样才能保障我们的任务顺利地开展,按期交付。”严开祺补充道,“因为我们这个万米载人潜水器的研发和应用有明确的时间节点,所以后墙绝对不能倒!”

严开祺在实验室进行空心玻璃微球的光学显微测试

探 索

  万米的深潜对全人类来说都是一个巨大的挑战。马里亚纳海沟的万米深处,水压超过了110兆帕,那相当于是1100个大气压,这种压力大的可想而知。面对未知的深海世界,严开祺的心里也没有底,他和团队也不可避免地遇到了一些瓶颈。“比如说我自己的这个研究方向,一开始,我们不论怎么去调整配方,怎么去优化工艺,都很难做出来强度足够高的产品。”想到这,当时自己手足无措、迷茫困惑的场景一幕幕浮现在了严开祺脑海里。“这个过程持续的时间很长,大概有两三年,这是非常痛苦的。”严开祺苦笑道,“从一开始一天做一个实验,到后来从早到晚交叉着来做两个实验,这个过程可能重复了上千次。”“但每次都差一点,又很难找到差的这一点在哪儿。”有的时候,严开祺连做梦都在想到底是哪里没有做到位,哪里设计的不合理。

  “后来我们就开始慢下来,一个细节一个细节地去抠,一种材料一种材料地去试,然后去分析、去计算、去设计。针对关键的工艺,我们也挨个对参数进行调整、改造和升级。”在大量的工作以后,终于在某一天,严开祺和团队找到了这个关键的“爆点”,那一刻,欣喜之情一抹之前所有的疲惫不堪。“张老师曾经在采访中提到这样一个场景,由于试验了很多次,所以最后在我们的车间里面失败的废品实在是太多了,多到堆起来像小山一样。”严开祺笑着说,“可是当我们一旦跨过了这个坎,后面的研究工作反而变得轻松一点了,因为我们每天都会有一个小进展,小突破。那个时候的工作即便非常紧迫,却非常开心,很有成就感的。”

  完成实验室的小样品设计只是万里长征的第一步,对于严开祺和他的团队而言,最后的批量生产与应用更是一条充满艰难险阻的路,但严开祺没有退缩,他说:“一辈子能有机会参与到一个大项目中来,这个是非常可遇不可求的。待白发苍苍,回首过往时,回想起来年轻的时候做过这么一件有意义的甚至能够载入史册的事情是很棒的,我想,并不是每个人都有这样的机会的。”

  在这样一件可以载入史册的事情的背后,严开祺付出了巨大的努力。“最早通州那个实验基地还是比较苦的,因为我们是租了一个农民的院子。但是这个农民的院子并不是一个正儿八经的实验室,所以很多东西都十分短缺。”有时为了改造一些设备,工人师傅们不得不去垃圾堆里面捡东西。“买不着,也来不及的情况下,大家就只好把别人丢掉的钢管、不锈钢板或者其他的支架捡回来焊一下,自己进行改造。”严开祺打趣道,“印象中这个院子冬天的时候也没有暖气,是个‘冬冷夏热’的实验室。”

2021年2月,理化所微珠组团队(第二排左二为严开祺)春节团拜

绽 放

  “9000米!10000米!”2020年11月10日8时12分,中国“奋斗者”号载人潜水器在马里亚纳海沟成功坐底,坐底深度10909米。这一数字不仅标志着我国在大深度载人深潜领域达到世界领先水平,更证明了我国已经在深海科技探索道路上实现了真正的“国产”。

  当得知“奋斗者”号即将刷新世界下潜纪录的时候,周围人已经按捺不住,准备好欢呼雀跃,然而严开祺神情却又多了几分紧张。作为结构系统方向的研究人员,他和大多数人一样,守在电视机前见证这一刻,但他又和大多数人不太一样,“大家可能关注下潜到了多少深度,而我们比较关心的是下潜的过程是否平稳,状态是否良好。”

  对于那个时候的严开祺而言,他的心里仿佛有一张拉满的弓,有根弦始终紧紧地绷着,直到“奋斗者”号成功到达水底,传来“万米的海底妙不可言”的声音时,他心里的箭才终于发出。欣喜、自豪、释然统统涌了上来。因为这是成千上万次实验才换来的成果,那份成果是真真切切、踏踏实实的。

  2020年12月15日,共青团中央、全国青联发布《关于授予“奋斗者”号全海深载人潜水器科研团队和个人中国青年五四奖章的决定》,其中,中国科学院理化技术研究所项目研究员严开祺作为“奋斗者”号全海深载人潜水器结构系统的副主任设计师,为“奋斗者”号总装集成提供了核心技术支撑,为实现“奋斗者”号关键技术国产化目标作出了突出贡献,因此荣获“中国青年五四奖章”。

回 望

  从渴望和故事里的科学家们一样,希望自己能真的搞点新花样的小男孩,到现在亲手将“新花样”应用在“奋斗者”号上,向全世界证明国家深海科技攻关伟大成果的设计师,严开祺的目标变了又变,但是他的初心却从未动摇。“回头看看自己走过的路,我对科研的看法始终都是一样的。”“我们做科研就是要在自己的专业领域内,做一点能够有助于提高社会总体生产力的事情,或者去拓宽我们对知识边界的认知。”严开祺强调,“做科研一定要回归本质,不能太功利,太功利是肯定做不好科研的。”

  对于自己,严开祺评价称:“我觉得我既是工作狂,也是节奏控。如果真正想在一个方向上有所突破,想要成功的话,肯定是要有好的节奏,另外光有好的节奏肯定是不够的,没有付出也是很难成功的。所以我觉得这两个都应该是必要条件!”在每天投身于繁忙的工作之余,严开祺也养成了很多有规律的生活习惯。“没事的时候我就会经常去打打篮球、爬爬山,也会和家人一起徒步走走、骑自行车去郊外逛逛。”除了通过运动锻炼自己的身体素质,平日里,严开祺也喜欢用相机记录生活点滴。练字,喝茶,放缓自己的生活,让自己脱离紧张的工作节奏,“我觉得自己是一个喜欢去体会生活中的那些幸福与美好,去深入生活的人。”

  “我有两个孩子,老大现在在上幼儿园。”提起自己的孩子,严开祺的言语里充满了幸福。“早上大概会6点半起床,然后送他们去幼儿园,虽然工作很忙,但是孩子的成长是绝对不能缺席的。”对于孩子的成长方向,严开祺坦言,“还太早,他们现在开心快乐就是最重要的事情。”

  从孩童时代放眼到学生时代,有一句话严开祺深有体会:“要么上书架,要么上货架。”

  “我们选择去做基础研究的话,就应该去拓展人类知识的边界,形成一些理论,写进教科书来启发后人,这就是上书架;或者说我们做应用研究,把研究成果转化成实际生产力,产业上作出贡献来造福社会,这就是上货架。”面对学弟学妹经常提出的疑惑,严开祺分享道,“所以做科研的时候,一定要结合自己的兴趣和长处,去做好方向性的选择。”“多看,多学,多思考,最重要的还是多付出,我也希望有越来越多的同学能够在自己的方向上有所建树,早日为国家的发展贡献出自己的力量。”

  作家梁晓声说过,读书的目的,不在于取得多大的成就,而在于当你陷入泥潭时,他会给你一种内在的力量。孩童时代的科幻书籍指引了严开祺追逐梦想的方向,学生时代的科学书本赋予了严开祺勇往直前的能力。几十年前的他可能也想不到,就是这样的自己——对万物好奇的小男孩,携着无畏的心,直潜未知但富有挑战的奇妙深海世界,用那小小的空心玻璃微球载起了伟大的强国梦。

(作者系国科大记者团成员摄影/刘孜铭)

责任编辑:张婧睿