鋯鈦酸鉛壓電陶瓷首創者——殷之文院士

2021-01-19 粉體人


殷之文(1919年5月30日-2006年7月18日),江蘇省吳縣人,無機材料科學家,中國科學院院士,國際陶瓷科學院院士。畢生致力於功能陶瓷和功能晶體材料科學研究,是我國無機功能材料學科奠基人之一,在國際功能材料科學界亦享有盛譽。曾任中國科學院上海矽酸鹽研究所副所長、學術委員會主任,國際鐵電顧問委員會委員,國際鐵電學報、鐵電快報編委等。在國內外學術刊物上發表論文380餘篇,撰寫專著、譯著7本,先後獲國家科技獎6項、省部級獎項9項以及何梁何利基金科學與技術進步獎。




1919年的5月,殷之文出生在江蘇省蘇州市(時稱吳縣)的一個古鎮——直鎮。小鎮雖然古樸淡雅,但民風卻求新求變。1924年-1930年殷之文念小學期間,鎮上的居民便已籌資辦廠,發電廠、電話局、輪船公司等公益事業也都如火如荼。不少人家的孩子在本鎮念完小學就去外地讀中學、大學,甚至於出國留學,彼時他便萌發「好男兒志在四方」的想法。


他12歲時便離家去上海讀中學,1937年高中畢業時恰逢「七七事變」繼而日寇荼毒滬上,他的家鄉也未能倖免,為避戰亂不得不顛沛流離東奔西走,直到1939年抵達抗戰後方昆明,借讀於雲南大學。許是國讎家恨使然,年輕的殷之文選擇了採礦冶金系,這段學習經歷對他以後50餘年的材料科學研究生涯起到至關重要的作用。


自大學畢業後,殷之文遠赴海外求學,在美國密蘇裡大學羅拉分校就讀冶金系同時獲得該校研究生獎學金。在讀期間他選聽了該校陶瓷系的部分課程,了解到陶瓷與冶金都是材料科學範疇的不同研究對象,自此對陶瓷研究產生了興趣,1948年他從羅拉轉學到伊利諾大學陶瓷工程系攻讀研究生,直到1950年回國。



1950年夏天,年輕的殷之文與妻子閔嗣桂毅然決然的選擇回國投身到新中國的建設,經由雲南大學時期的老師和同學介紹,來到唐山鐵道部鐵道研究所工作。那時的新中國工業基礎薄弱,各方面都缺少積累。當時鐵路車輛的彈簧鋼在使用過程中時常斷裂,剛參加工作的殷之文為了攻克這個課題,從南到北跑了很多鐵道部的車輛廠,與廠裡的工程師和工人一起深入的研究彈簧鋼斷裂的問題,積極探索如何改進它的熱處理與加工。經過一段時間的攻堅克難,他初步解決了這個問題。


1951年,他被調到上海中科院工學實驗館窯業組(上海矽酸鹽研究所前身)從事陶瓷研究。彼時的窯業組只有零星十來人,由賴其芳先生兼任組長殷之文擔任副組長。「草臺班子」初創,殷之文便由此展開他在無機非金屬材料領域長期的研究工作。


同年,他請求把當時在開灤煤礦工作的伊利諾大學同學嚴東生調到上海合作研究,幾經波折才在中科院院部的協調下成功。自1955年嚴東生來滬以後,其學術和領導才能得到充分的發揮,使無機材料科學在我國逐步成長起來,後來原窯業組改制為矽酸鹽研究室並於1959年建所。時至今日,已經發展成為聲譽顯著的科研院所。


20世紀50年代初,蘇聯援建我國,其中一項是新建西安高壓電瓷廠,為我國電力建設配套。1954年,蘇聯專家到冶金陶瓷研究所參觀訪問,認為矽酸鹽研究所有進行高壓電瓷研究工作的條件,提出由該所協助西安高壓電瓷廠研究解決用本國原料研製生產優質高壓電瓷部件的配方、工藝問題。


任務正式下達後,由殷之文牽頭組織借南京電瓷廠為工作場地。前後花了約4年時間,先是對我國不同類型的黏土原料、長石、石英進行了詳盡的研究、分析和鑑定。後在此基礎上進行瓷坯、瓷釉配方研究和工藝開發,最後到新建的西安高壓電瓷廠進行生產試驗,到1958年完成任務,獲得國家科技發明獎二等獎。緊接著為了建設強力電臺(國防110任務),1959年院部下達任務,研製大功率速調管組裝用大尺寸的高強度、耐熱、高頻絕緣瓷環及其與金屬的真空封接。殷之文負責的一個研究組主要研製瓷環配方和工藝,郭景坤先生負責的研究組負責金屬化封接工藝,到1962年完成任務,獲得國家科技發明獎二等獎。


20世紀60年代初,研究所的研究向空間技術、原子能技術和無線電電子學服務的高新材料研發調整,功能陶瓷也從高壓電瓷、高頻電瓷、電容器瓷等方面走向了探索、研究和開發多功能、多用途的壓電陶瓷。當時,國際上剛研製成功的鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷系列具有比鈦酸鋇壓電陶瓷更為優越的性能,然而,由於製造工藝複雜,大尺寸或異形元器件難於製備,因而還未能量產。殷之文等人抓住機遇,採用氣流粉碎、等靜壓成型、緻密氧化鋁坩堝密閉燒結等新工藝,逐步解決了一系列PZT陶瓷的製造工藝問題。同時針對當時迫切需求的水聲聲吶應用,與有關單位合作製造了數千件艦用或岸用、性能達到國際水平的不同類型的發射接收壓電陶瓷元件,製造出了我國自製的水聲聲吶系統。


20世紀70年代,除壓電陶瓷外,對鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)透明鐵電陶瓷和其他的弛豫型鐵電陶瓷材料的研究引起人們注意。殷之文等人開始了PLZT透明鐵電陶瓷的研究,對它的相變和微觀結構變化進行了詳盡研究,並首先用TEM在PLZT立方相中觀察到了納米尺度的極性微區,既為弛豫型鐵電體的微疇—宏疇相變理論提供了有力的實驗證據,也為弛豫鐵電體擴散相變的微不均理論提供了在空間尺度上為納米級的證據。同時,他還研究了PLZT陶瓷中的晶界結構、晶界運動和晶界效應,採用TEM技術觀察和拍攝了晶界及其附近的晶格像和晶界在熱處理過程中的運動。在應用方面,他與總參防化兵部合作成功地研製了PLZT透明鐵電陶瓷核閃光護目鏡並投入使用。


1982年末,中國科學院在國家計委的支持下批准下達在中國科學院籌建5個中試基地。化學新材料中試基地無機部分就在矽酸鹽研究所紅星工廠的基礎上建設,並於1983年初任命殷之文為基地首任經理。


同年,美國麻省理工學院丁肇中教授正為西歐核子中心(CERN)L3組電磁量能器的建設尋找一個研究單位提供他所需求的鍺酸鉍(BGO)閃爍晶體。他所需要的BGO晶體質量要求高,尺寸大而不規範,數量大(12000支),當時國際上沒有一個單位能生產這種規格的晶體。矽酸鹽研究所接受了這項工作,殷之文與全所同志共同努力,保質保量超前完成了西歐核子中心所委託的12000支BGO晶體,創匯1200萬美元,在國際上獲得很高聲譽。


1993年,當選為中國科學院院士。1997年9月與嚴東生院士一起主持在上海舉辦的「無機閃爍晶體及其應用」國際會議(SCINT97)。2006年7月18日,因病醫治無效,在上海華東醫院不幸逝世。享年88歲。



1919年,5月30日出生於江蘇省蘇州市的一個古鎮——角直鎮。

1937年,高中畢業,正逢「七七事變」。

1938年,考入上海大同大學土木工程系學習。

1939年,借讀於雲南大學,選擇了採礦冶金系。

1942年,畢業後赴四川綦江鐵礦工作。不久應聘到雲南大學任教。

1946年,獲美國密蘇裡大學獎學金,赴美留學。

1948年,該年6月獲密蘇裡大學羅拉分校冶金系碩士。

1948年,該年9月轉入伊利諾大學攻讀陶瓷工程。

1950年,該年1月獲陶瓷工程學碩士。

1950年,與妻放棄國外優越條件,毅然回國在唐山鐵道部鐵道研究所工作。

1951年,該年6月調入上海中國科學院,任冶金陶瓷研究所副研究員。 

1954年,為配合西安高壓電瓷廠建廠和其他電瓷老廠改進生產,從事高壓電瓷研究並取得成功。 

1956年,加入九三學社。同年獲國家科技發明二等獎。

1957年,上海中科院冶金陶瓷所矽酸鹽研究室成立,殷之文任研究員、研究室副主任。

1959年,矽酸鹽研究室從冶金研究所分出成立矽酸鹽研究所,殷之文任玻璃和功能陶瓷兩個研究室主任。

1960年,研究出廣播電臺應用的高頻絕緣陶瓷,獲國家科技發明二等獎。

1978年,獲全國科技大會重大成果獎。

1978年,該年底任矽酸鹽研究所副所長兼學術委員會主任。

1983年,任中國科學院無機材料中試基地經理,從事無機材料特別是晶體 材料(閃爍晶體)的研究開發,重點與諾貝爾獎獲得者丁肇中教授合作的鍺酸鉍(BGO)晶體的開發生產,保質保量地提前完成了西歐核研究中心L3組委託的為製造電磁量能器所需的1.2萬隻無缺陷、大尺寸BGO晶體,在國際上獲得很高聲譽。

1986年,被聘為美國賓州大學材料研究所客座教授、《矽酸鹽學報》等多家學報編委、顧問委員會常任主任、國際 機構代表。

1993年,當選為中國科學院院士。

2006年7月18日,因病醫治無效,逝世。享年88歲。


參考資料:

百度百科、維基百科、蘇州人物誌、九三學社中央宣傳部、上海矽酸鹽研究所相關報導


相關焦點

  • 無鉛材料替代替代鋯鈦酸鉛陶瓷 俄羅斯研製新型振動傳感器
    該傳感器使用無鉛鈮酸鋰(LiNbO3)晶體,比振動傳感器製造商目前使用的鋯—鈦酸鉛陶瓷穩定得多。向新材料的過渡將使製造商能夠遵守歐盟關於逐漸禁止鉛的指令RoHS。研究成果發表在《Sensors》雜誌上。
  • 壓電陶瓷之一:結構
    壓電效應整體上反映了陶瓷的 「壓」 與 「電」之間的線性耦合關係。圖1.壓電陶瓷霧化片壓電陶瓷具有的壓電效應由其本身的結構(內部結構)所決定的。詳情內容如下:將一塊壓電陶瓷經過研磨、拋光、腐蝕等工序後,放於顯微鏡下觀察,可以清楚地看出:其整個陶瓷體是由一顆顆的小晶粒無規則地「鑲嵌」而成。
  • 歸類分析 | 壓電陶瓷蜂鳴片的歸類分析
    壓電陶瓷蜂鳴片,用鋯酸鉛、鈦酸鉛等製成的壓電陶瓷片,以銅片為基片和電極層,根據壓電效應原理接點後產生振動發出聲音。可直接接入電路中用於儀器儀表中充當蜂鳴器使用,亦可安裝腔體形成蜂鳴器。一、壓電陶瓷蜂鳴片可在儀器儀表中直接當做蜂鳴器使用,應按蜂鳴器歸入8531.8010;二、壓電陶瓷蜂鳴片即使安裝腔體形成蜂鳴器,作為蜂鳴器的一部分。
  • 熊仁根教授Science最新大作:一種壓電性強於鋯鈦酸鉛的分子鈣鈦礦固溶體
    最有效的壓電材料是陶瓷固溶體,其中壓電效應在所謂的準同型相界(MPB)中得到優化。雖然,鋯鈦酸鉛(PZT)這樣的陶瓷材料是高性能的壓電材料,但是對材料的結構相變具有很強的依賴性。而鐵電體屬於壓電體的一種,分子鐵電體具有獨特的結構可調性、機械柔性和低聲阻抗等特性,以及具有環保加工、低成本和生物相容性的潛力。
  • 鉛揮發咋辦?鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷燒結有門道!
    如為減少燒結時鉛揮發,樣品放在密封的坩堝內,並保證在飽和的PbO氣氛條件下進行燒結。PZT粉體傳統上是用氧化物作為原料通過固相反應來製備的。這種傳統方法要求較高的煅燒溫度,通常不可避免地造成PZT粉體的顆粒粗化和團聚,而硬團聚體的存在將會造成陶瓷較差的微觀結構和性質。
  • CERADIR壓電陶瓷課堂「第一回:結構」
    為了更加細緻的分享相關材料的詳細內容,CERADIR先進陶瓷知識小課堂於本周開始正式啟動啦!今天我們要一起學習的主題是:壓電陶瓷的結構。詳情內容如下:01壓電陶瓷屬於多晶體將一塊壓電陶瓷經過研磨、拋光、腐蝕等工序後,放於顯微鏡下觀察,可以清楚地看出:其整個陶瓷體是由一顆顆的小晶粒無規則地「鑲嵌」而成。由許多小晶粒組成的壓電陶瓷,其每個小晶粒內的原子都是有規則地排列,但晶粒之間的晶格方向則不一定相同,因此從整體來看,仍是混亂、無規則的,這種結構可稱之為多晶體。
  • 壓電效應 能發出超聲波的壓電陶瓷是什麼東西?
    知識點:壓電陶瓷是一種基於壓電效應,能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬於無機非金屬材料。目前,超聲傳感器主要分為兩種,一種是基於壓電效應的壓電傳感器,另一種是基於磁致伸縮效應的磁致伸縮傳感器。
  • 一文了解無鉛壓電陶瓷
    (二)發展無鉛壓電陶瓷的必要性傳統壓電陶瓷雖然具有許多突出的優勢性能,但是缺點是其主要成分氧化鉛PbO(含量佔60~70%以上)是一種容易揮發的有毒物質,燒結溫度一般在1200℃以上,經常使得鋯鈦酸鉛PZT陶瓷的化學計量發生偏差,性能難以穩定控制,這容易對環境造成汙染,
  • 壓電陶瓷研究的重點與熱點:無鉛壓電材料
    半個世紀以來,壓電材料產業一直由性能優異的鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷所統治。1880年,諾貝爾獎獲得者P.Curie和J.Curie兄弟發現,在天然石英晶體的特定方向上施加應力會使晶體表面產生電荷,電荷的產生與晶體的方向密切相關且大小與應力呈正比,這就是材料的正壓電效應。
  • 大位移量、高精度壓電陶瓷片及組件
    技術簡介      壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,被廣泛應用在航空航天
  • 壓電陶瓷傳感器的特性及工作原理解析
    打開APP 壓電陶瓷傳感器的特性及工作原理解析 與非網 發表於 2019-09-25 14:49:47 前者稱「正壓電效應」,後者稱「逆壓電效應」或一般稱為「電致伸縮」,總稱壓電現象。用作傳感器的壓電材料,要求其壓電效應強、溫度穩定性和老化性能好。壓電材料有單晶和多晶兩種。前者以石英晶體為代表,其特點是溫度穩定性和老化性能好,且Q值極高;後者以鈦鋯酸鉛壓電陶瓷為代表,其特點是容易製作,性能可調,便於批量生產。
  • 壓電效應及壓電材料解析
    (2)壓電陶瓷 壓電陶瓷則泛指壓電多晶體, 是指用必要成份的原料進行混合、成型、高溫燒結,由粉粒之間的固相反應和燒結過程而獲得的微細晶粒無規則集合而成的多晶體, 具有壓電性的陶瓷稱壓電陶瓷。壓電陶瓷材料具有良好的耐潮溼、耐磨和耐高溫性能,硬度較高,物理和化學性能穩定。
  • 常用的壓電材料有哪些_壓電材料的特點_壓電材料的應用
    當你在點燃煤氣灶或熱水器時,就有一種壓電陶瓷已悄悄地為你服務了一次。生產廠家在這類壓電點火裝置內,藏著一塊壓電陶瓷,當用戶按下點火裝置的彈簧時,傳動裝置就把壓力施加在壓電陶瓷上,使它產生很高的電壓,進而將電能引向燃氣的出口放電。於是,燃氣就被電火花點燃了。壓電陶瓷的這種功能就叫做壓電效應。
  • 下列選項中,屬於有機壓電材料傳感器的壓電材料的為( )。
    下列選項中,屬於有機壓電材料傳感器的壓電材料的為( )。>  免費直播丨2019一級造價《交通工程》新教材解讀直播 【單選題】 下列選項中,屬於有機壓電材料傳感器的壓電材料的為
  • 陶瓷應用新領域—電子陶瓷
    涉及民用的產品只有大量生產的壓電陶瓷蜂鳴器和點火器,小量用於郵電通信的多片陶瓷濾波器、機械濾波器、用於水聲和超聲的壓電陶瓷換能器等。  為了適應各類壓電器件對材料性能的不同要求,材料研究人員廣泛進行了改性添加劑的研究,開發出了大量高性能壓電陶瓷材料。
  • 陶瓷界的「抗疫多面手」——壓電陶瓷材料丨科普矽立方
    然而,在這些醫療物資生產和供應的背後,有一種不為人所熟知的陶瓷材料起到了至關重要的作用。那就是本文的主人翁,陶瓷界的抗疫多面手——壓電陶瓷材料。 壓電陶瓷是指通過特定成份粉體原料的混合、合成、成型、高溫燒結,從而得到的微細晶粒無規則集合體,該多晶體能夠實現力與電的互相轉化(如圖1所示)。
  • ULVAC推出鋯鈦酸鉛壓電薄膜濺射技術,廣泛應用於MEMS器件中
    打開APP ULVAC推出鋯鈦酸鉛壓電薄膜濺射技術,廣泛應用於MEMS器件中 網絡整理 發表於 2019-08-28 11:47:00
  • 壓電陶瓷原理
    壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的功能陶瓷材料,屬於無機非金屬材料。壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機械振動轉換成電信號,可用於聲納系統、氣象探測、遙測環境保護、家用電器等。壓電陶瓷對外力的敏感使它可以感應到十幾米外飛蟲拍打翅膀對空氣的擾動,用它來製作壓電地震儀,能精確地測出地震強度,指示出地震的方位和距離,這不能不說是壓電陶瓷的一大奇功。
  • 清華大學陶瓷重點實驗室研究小組負責人李敬鋒:要牢牢把握髮展主動權
    2002年,他從日本東北大學回國,建立了該研究小組,將無鉛壓電陶瓷定為研究方向,持續開展相關研究。歷時16年,研究小組成功研製出了基於無鉛壓電陶瓷材料的高頻超聲換能器和單眼相機用超聲馬達等原型器件,確立了無鉛壓電陶瓷粉末流延成型技術,推動了鐵電壓電陶瓷無鉛化的進程。
  • 將壓電能量收集和壓電傳感整合在一起,為答疑解惑
    機械能是一種新型的綠色能源,美國加利福尼亞州和歐洲正在利用壓電技術鋪設壓電發電道路,以收集路面振動產生的機械能。基於壓電技術的能量收集也將在自供電物聯網節點中發揮作用,因為沒有人願意為數十億個電池充電或更換。如果沒有自供電節點,物聯網只不過是歷史上的一個註腳。 本報告將壓電能量收集和壓電傳感整合在一起,為讀者答疑解惑:(1)毫瓦或兆瓦:壓電技術的成功在哪裡?