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葛庭燧
发布人:admin 发布时间:2009/4/23 浏览次数:8104


  葛庭燧(1913-2000):著名金属物理学家,中国科学院院士。山东省蓬莱人。中国科学院固体物理所所长、名誉所长、研究员。

  葛庭燧先生毕生致力于金属物理学的发展。他创造性地发明了被国际科学界命名为“葛氏摆”的内耗测量装置,并成功地利用该装置首次发现了晶界内耗峰一葛氏峰,奠定了非线性滞弹性理论的实验基础。他所领导的研究集体在晶界弛豫、位错阻尼和非线性滞弹性内耗研究方面取得了大量的原创性成果,获得了国家和中科院的多次奖励。他本人也因其杰出的科学成就先后获得了内耗与超声衰减领域的最高国际奖一甄纳奖,桥口隆吉材料科学奖,何梁何利科技进步奖,美国金属、矿物、材料(TMS)学会的梅尔奖。


  听惯了太多关于科学家在一夜之间发现新现象、建立新理论的故事,就梦想一夜成名,耐不得科学研究过程中的寂寞和艰苦。这种急功近利的浮躁心理是科学研究的大忌。在提倡科技创新的今天,更应鼓励十年磨一剑的坚韧和毅力。葛庭燧先生及其所领导的科研小组半个世纪以来致力于建立非线性滞弹性内耗理论的研究过程,就是一个很好的例证。


  内耗(internal friction)是材料中的机械振动能量由于材料内部的原因而被转换成其它形式的能量(一般为热能)的现象。把机械振动能量的吸收作为一些外部参量如频率、温度、振幅等的函数时,就得到了机械振动能量吸收谱(内耗谱)。内耗谱技术由于其对晶体缺陷的高度敏感性而在研究缺陷的状态和动力学行为方面得到了广泛的应用。内耗现象根据其是否与振幅有关而分为线性的和非线性的内耗。非线性滞弹性是葛庭燧在总结了大量实验结果的基础上提出来的一个新概念,用来表征固体材料的这样一种性质,即在很低的应力振幅下(小于10-SG,G是切变模量),弛豫型的内耗也表现出振幅效应。它所反映的实际上是在低应力振幅下,动态应力与应变的非线性关系。非线性滞弹性内耗的特点是既出现温度内耗峰(当内耗作为温度的函数时),同时又在温度内耗峰出现的温度区间内出现振幅内耗峰(当内耗作为振幅的函数时),且温度内耗峰随着频率的降低而向低温移动,表现弛豫的性质。经过几十年来在铝-镁(A1-Mg)、铝-铜(A1-Cu)合金中的大量工作,发现并详细研究了与溶质原子和位错(弯结)的交互作用有关的七个温度内耗峰,基本上奠定了非线性滞弹性这门新学科的实验基础。整个过程历时52年。


  1948年~1949年发现现象。这是葛庭燧先生回国前在美国的最后2年时间。继发明葛氏扭摆和发现葛氏峰之后,葛庭燧先生又在勤奋工作的基础上发现了一个新现象。他在冷加工的铝-铜(AI-O.5wt%Cu)合金中,在室温附近观察到了非线性滞弹性现象。因为Cu在A1中的固溶度很低,在A1-0.5wt%Cu合金中很容易出现沉淀过程,因此葛庭燧先生把非线性滞弹性现象直观地解释为与沉淀过程有关。但后来的研究证明,这个最初的解释是错误的。这说明,对现象的本质的认识,不能只凭直觉,而必须经过严格的论证和分析才能得到。


  1952年~1966年认清机理。1952年葛庭燧先生在沈阳金属研究所建立了新中国第一个内耗实验室,继续对非线性滞弹性现象进行深入研究。除了重复A1-Cu合金中的现象外,还在A1-Mg合金中观察到了类似的现象。由于A1-Mg合金中不存在沉淀过程,再加上在完全退火的试样中以及高纯Al中没有看到此现象,葛庭燧领导的科研小组逐步认识到,非线性滞弹性现象应该与位错和溶质原子的交互作用有关。进一步的分析研究表明,所牵涉到的位错运动应该是通过弯结沿位错线的侧向运动来实现的,而溶质原子的扩散是在位错芯区的管道扩散,从而提出了位错弯结-溶质原子芯气团模型,揭示了该现象的物理本质。


  1980年~2000年建立理论。1980年葛庭燧先生从沈阳到了合肥,建立了中科院固体所内耗与固体缺陷重点实验室,进一步从事非线性滞弹性现象的实验和理论研究。在此期间,他和研究生们发现了位于室温附近的非线性滞弹性内耗峰是由两个子峰组成,并分别对应于溶质原子在位错芯区的横向(垂直于位错线)和纵向(平行于位错线)的扩散过程。他们先后在低于室温和高于室温的温度范围,发现并系统研究了5个与位错和溶质原子的不同组态有关的内耗峰,完整地勾画出了位错与溶质原子交互作用相对应的内耗谱。他们构造了溶质原子在位错芯区的扩散方程,并通过解析和数值方法计算出了内耗曲线,这些曲线与非线性滞弹性现象的实验结果相一致,从而初步建立了非线性滞弹性的理论框架。非线性滞弹性的实验发现和理论建立,不但为内耗学科开辟了新的研究领域,而且使人们可以通过实验直接测量出溶质原子在位错芯区的扩散激活能,而这种科学数据是通过别的方法很难得到的。


  在近半个世纪的科研工作中,葛庭燧领导的科研小组从发现现象,开始建立模型,逐步深化认识,克服种种困难,解决遇到的各种各样的问题,最终在系统研究非线性滞弹性的实验现象的基础上,建立了较完整的理论体系,先后获得了国家自然科学三等奖和中国科学院自然科学一等奖。这期间,曾有过久无进展的茫然,也有过不被理解的苦恼和坐冷板凳的孤独,但从未有过放弃继续深入研究的念头,几经周折,终于走出困境,享受到了成功的喜悦。人们往往注重科学研究的最终结果,却常常忽视成功背后的艰辛,而付出的这些艰辛比科研的成功更重要,因此只有持之以恒、锲而不舍,才能最终攀登科学的高峰。



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