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山西:建一流学科促技术创新

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山西大学彭堃墀院士(中)在量子光学与光量子器件

国家重点实验室指导学生做实验(本报记者 高耀彬 摄)

山西的地形就像从太空掉下的一片菱形树叶,叶柄朝北,叶尖朝南,镶嵌在中国的版图上,既不在东部,也不靠西部,面临区域困境。但回望山西的高等教育发展,却并未因地域劣势而受到影响。

记者近日走进山西各大高校,访问重点学科、重点实验室,诸多优秀成果让人震撼,有跟踪世界先进水平的实验室项目,也有创造了一流科技成果的重点学科。一大批优秀人才艰苦奋斗、不等不靠、开拓创新,执着地为了使命而奉献。所到之处,感受到的都是满满的正能量,三晋大地上的赤子情怀在记者的脑海里一幕幕回放。

高校融入国家重点学科技术研发体系

山西大学量子光学与光量子器件国家重点实验室在众多中国高校中首屈一指。中科院院士彭堃墀1985年建立的山西大学光电研究所,紧盯世界科技前沿,经过了30多年的艰苦努力,已经建设成世界先进的量子光学与光量子器件基础研究和技术开发实验室。

这支由中科院院士、国家杰出青年基金获得者、长江学者特聘教授、国家优秀青年基金获得者、教育部各类计划人才组成的高水平研究队伍,开展了连续变量量子信息和光与物质相互作用的量子效应的研究,同时向高科技应用延伸,发展了相应的量子光学器件,成为国家基金委创新研究群体,以及我国量子光学研究和人才培养的重要基地。

量子调控研究是国家面向基础前沿的4个重大科学研究计划之一。在量子信息和量子操控等方面,“第二次量子革命”正发生着。量子不可分割、不可克隆,内容不被破译,量子通信迄今是唯一被严格证明为无条件安全的通信方式,从根本上保证了信息安全,在国防、金融、政务等领域应用十分广泛。

从事这项世界前沿研究的山西大学副校长张天才告诉记者,目前,山西大学正在研究量子自旋轨道耦合现象中的能量交换规律。利用这种耦合现象,可以在实验室状态下模拟天气变化、宇宙运行等,更精确预测未来变化。

实验室紧紧围绕量子光学的国际发展趋势,以产生光场压缩态为重要突破,在连续变量量子纠缠和量子信息方面取得了一系列具有国际影响的原创性成果,2006年获国家自然科学二等奖;在全固态连续单频激光器研制方面长期钻研,2002年获国家技术发明二等奖。

山西的另一所高校——中北大学,也让人刮目相看。

作为一所地方院校,中北大学对中国的航天事业有特殊贡献。用于载人航天的神舟系列、嫦娥探月的天宫系列、货运飞船、长征五号和长征七号等某方面关键技术,都出自该校。

这个创新团队也经历了20多年的历练,建立仪器科学与动态测试教育部重点实验室,专门服务于国家重大型号、国家重点工程和国防重点工程,为我国航天、国防事业和战略武器发展作出了重大贡献。

“我们主要瞄准国家重大工程急需,以及国家重点研发计划里的一些重大基础科学问题开展研究,主要针对动态测试、微纳传感和集成测量等领域基础科学问题和关键技术,在基础效应研究、器件实现、系统集成、工程技术转化以及产业化推广等层面都取得了一些成绩。”实验室主任刘俊说。

近年来,这个团队获国家奖4项、国家发明专利82项、省部级奖18项,形成了军用光电传感与器件技术、特种传感技术及应用、惯性传感技术、军用定位及测向技术4个稳定的国防特色研究方向,解决了我国多种武器型号在研制过程中极端环境下的信息获取难题,提供了关键器件及核心支撑技术。

这个团队面向国防科技和武器装备发展需求,开展探索性、创新性和重大关键测试技术的基础研究和应用研究,以科学创新与技术创新为立足之本,争取国家级重大创新性成果;加强拔尖人才和领军人才培养与引进,建设一流科研团队,打造先进特色的创新性研究平台和学术交流平台,总体水平达国际先进、国内领先,形成国家级创新团队,主持承担一大批高水平国家重大、重点科研项目和科技攻关课题。

创新团队融入国家经济建设主战场

太原科技大学在我国重型装备制造业中有独特技术优势,其重型机械教育部工程研究中心、国家重点实验室培育基地用10年坚守拿到3个国家级科技大奖:该中心研制的轧机2003年获得国家科技进步二等奖、剪切机2008年获得国家技术发明二等奖、矫正机2010年获得国家科技进步二等奖。对地方院校来说,这是一件很不容易的事情。

“当时,我们获得的资源非常少,课题负责人、时任太原科技大学副校长黄庆学教授就号召我们吃苦耐劳。”该校重型机械教育部工程研究中心主任王建梅说,在艰苦的环境中,研究团队和企业合作,在一线“摸爬滚打”深入研究,找准企业存在的问题,开发具有自主知识产权产品,解决了企业的很多技术难题。

10多位教师长期驻扎在钢铁生产第一线采集数据、分析结构、优化计算,通过近5年的努力,终于在2003年创造出轴承载荷分布均匀的新型轧机机构,并将其运用在宝钢2050热连轧工作辊组合轴承延寿治烧实践中,使轴承的使用寿命延长3倍,从根本上缓解了轧机轴承烧损的世界性难题。

黄庆学现在已出任太原理工大学校长,他回忆起当年的情景时感慨万千:“设计制造一台大型剪板机,对于一所大学来说可谓困难重重,重几百吨、高十几米的设备一旦失败,其风险根本不是学校和老师可以承担的。”

经过反复的计算再计算、模拟再模拟、试验再试验,轧钢设备创新团队终于在2005年设计制造出一台可以轻松剪切3米宽、50毫米厚、长度6—18米钢板的装备,并能一次安装调试成功,至今还在生产线上良好运行。该设备的剪切精度高于国际同类设备水平,钢板成材率也提高了3%到5%。

团队成员李玉贵教授自豪地说:“这项科研成果打破了德、日公司对此项技术的长期垄断,使我国成为世界上第三个拥有大型滚切剪机成套技术与装备全部知识产权的国家。”

“如今,我国钢材生产的整条生产线的关键技术我们全部拿下来了,应用于国内41家钢铁企业,最核心的三排主轧机——轧机、矫正机和剪切机,完全拥有自主知识产权。轧机和矫正机的发明打破了日本、德国高昂的价格垄断和技术垄断,结束了我国钢铁企业长期依赖进口的局面,矫正机的先进程度已经超过国外水平,为企业累计增加产值358.3亿元。”王建梅说。

从“一个部件”到“一台设备”再到“一条生产线”研发成功,源于这个团队对行业的长期坚守。

太原理工大学采矿工程国家重点培育学科,在其领域也是独树一帜。学科先后承担国家杰出青年基金项目2项、国家优秀青年基金项目1项、国家科技支撑计划项目5项、“863”项目3项,近3年承担国家自然科学基金项目等国家级项目50余项、省部级项目100余项、横向科研项目200余项,企业投入研究经费达到1.3亿元,筹集中央及省级科研经费2781万元。学科取得一批满足区域经济重大需求、解决区域经济发展关键问题研究成果,解决了厚及特厚煤层和难采煤层高效安全开采、低渗透煤层水力割缝强化瓦斯抽采等一系列技术难题,极大推动了煤炭工业领域科技的进步与发展,获得国家技术发明奖和科技进步奖3项、省部级一等奖4项。

硕果累累的背后,是学科团队的艰辛努力与报国情怀。

为地方经济转型发展提供智力与技术支撑

山西“因煤而兴、因煤而困”的格局长期困扰经济社会发展,实现“清洁低碳型”“集约高效型”“延伸循环型”是必由之路。

以谢克昌院士为首的太原理工大学煤转化技术省部共建重点实验室培育基地,具备基础研究、应用基础研究技术开发体系,形成了承担国家重大项目研究和成果转化能力,在煤科学基础、环保型民用燃料、煤化工生产脱硫技术煤基醇醚燃料、环保型日用化工产品等方面取得了重要成果。

如今,谢克昌院士团队正在研究如何将炼煤成焦过程中产生的煤气与电厂废气二氧化碳相互作用,生成一氧化碳和氢气,用作化工原料,生成甲醇、乙醇、乙醚等。同时,利用焦炉煤气炼铁,即把焦炉尾气吹到铁矿里去,把铁矿进行还原,生成蜂窝状的海绵体,把四氧化三铁中的氧脱出来,使铁矿变成铁。这样炼绿焦的焦炉中产生的煤气得到充分利用,电厂的废气变废为宝,铁矿石变成了铁。一条生产链,实现了煤化工的转型与绿色发展。

“太原理工大学炼制出的‘绿焦’,解决了雾霾问题,意义十分重大。”黄庆学说。

山西大学精细化学品工程研究中心赵永祥教授带领的团队,围绕山西煤炭延伸循环产业发展中的重大技术需求,把煤化工低端、初级化工产品通过催化技术转化为高附加值下游重要化学品,打破了该产业链的核心技术催化剂、催化剂工程、催化反应工艺以及相关配套技术被美国、德国40多年的垄断,建成年产3000吨工业示范装置,打通了工艺流程,市场产值达200亿元。

这项技术成果被列为“石油化工、精细化工”30年来八项工业化重大成果之一,是又一项重大技术创新。

一个可以攻坚克难的研究团队不断成熟、壮大,涌现出一批杰出青年、长江学者。赵永祥拥有多项专利,市场转化价值达300亿元。国外一家机构给他很高的待遇,他不为所动,至今坚持扎根在家乡山西的土地上。

在国家全面启动实施“双一流”建设的时刻,山西省政府出台了《关于实施“1331工程”统筹推进“双一流”建设的意见》,这是山西省委、省政府促进山西高等教育振兴崛起,服务创新驱动发展战略和经济社会发展的重大决策部署,山西高等教育发展迎来了新的发展机遇,开启了新的发展里程碑。

通过调结构、搭平台、创载体、建机制,山西探索适应于不同需求、形式多样的协同创新模式,组织具有重大引领作用的联合攻关,服务传统支柱产业改造升级,培育发展战略性新兴产业。山西高校跃跃欲试,在人才培养、重点学科、重点实验室、重点创新团队、协同创新中心和工程(技术)研究中心等成果创新、成果转化和人才培养方面积极对接。

有理由相信,山西的地方高校有自己独特的优势——不畏艰难的精神,走自己的发展道路,紧紧抓住发展机遇,敢立潮头,敢为天下先,更好地为经济社会发展发挥智库作用。

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