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王业宁

王业宁(1926.10.4-)出生于安徽安庆,原籍安徽六安,物理学家。从事固体中相变与缺陷的内耗(声衰减)研究。 [1]

1945年考入中央大学物理系,1949-1950年在南京药学院任教,1950年始历任南京大学物理系助教、讲师、副教授、教授、博士生导师,1991年当选为中科院院士(学部委员)。1982年,获中国国家自然科学奖二等奖。与冯端等合著《金属物理》。1994年岁尾,年逾花甲的王业宁荣膺中国国家重点实验室先进个人金牛奖。

1963年,王业宁主持建立了中国第一台压电组合振子离频内耗仪。1974年,王业宁建立了中国第一台声光调QYAG激光器。1989年,她在溶质元子和位错工作用的冷加工峰和沉淀峰的机理研究中,运用了耦合驰豫模型,解释了该峰反常大的激活能起因。马氏体相变过程中低频内耗的研究。 [2]

早年经历

民国十五年(1926年)十月,王业宁出生于安徽省安庆的一个官宦家庭。父亲是清政府派出去的第一批留日进修学生,学的是法律,后任国民政府行政法院庭长,兼任大法官。王业宁自幼就迷上了数理化。在班里,她的理科考试成绩总是名列前茅。高二那一年,王业宁因听说中央大学很难考而去报考。后被该医学院录取。但是她自幼喜爱的“光”、“声”、“热”、“电”物理世界而放弃这次机会,继续回到学校读高三。

民国三十四年(1945年),由中大附中保送进中央大学物理系。 [3]

1949年2月,因战争王业宁父亲奉命带着一家老小离开南京前往台湾。正在中央大学物理系读4年级的王业宁,开始身不由己随父母到了杭州。可一路上,她白天想的是自己的学业,夜里梦的是五彩纷呈的实验室。她不愿意听从命运的摆布,更舍不得丢下即将完成的学业。她决心瞒着父亲,只身返回了南京。杭州一别,竟成为母女间的诀别。由于海峡阻隔,王业宁后来再也没能见到双亲一面。同年,王业宁以全系总分第二名的优异成绩取得了物理学学士学位。翌年,便被导师请回了母校物理系任教。

科研之路

1953年,校领导推荐并把她送到中国科学院沈阳金属研究所进修。在物理学家葛庭燧先生的指导下,王业宁对金属物理产生了浓厚的兴趣。回校后,她设法卸下了那些社会工作,一门心思搞科研。进入物理世界的王业宁,经过几年努力,在专业上大有进展。60年代初期,她发现,马氏体相变,包括其他一级相变的瞬态内耗的大小正比等于振动一周内马氏体的转变量。这个后来被写进教科书的“马氏体相变内耗规律及其机理”的结论比国外同行对这一方面的发现早了整整10年。

1963年,王业宁又主持建立了压电组合振子内耗仪,扩大了测量内耗的频率范围。1964年,该成果荣获国家科委、计委、经委联合颁发的新产品奖。“十年动乱”时,王业宁的丈夫林醒山教授被戴上走资派的帽子关进了牛棚。她领着年幼的儿女去了农场。回到南京后,又去修大桥、采煤、挖地道。当时,不少好友都担心她吃不了这些苦。然而,性格开朗、遇事豁达的王业宁,从容不迫地面对眼前发生的一切。劳作之余,她边辅导儿女读书,边孜孜不倦地啃专业书。回忆起这段经历,王业宁说:“当时只有一个信念,就是天塌下来,我也要挺住。”

1973年,南京大学开放了一部分实验室。王业宁立即开始了工作。当时,由于各方面尚不正常,不但政治上要冒风险,物质条件更谈不上。炎热的酷暑里,实验楼的三楼断了水,而王业宁正在试制的声光调Q激光器需要用水冷却。于是,已经45周岁的王业宁和一位年轻人顶着夏日高温,一桶一桶地从楼下拎水,一干就是十几个小时。实验、失败、再实验、再失败,科学事业是不会怜悯人的。他们像苦行僧一样把自己关在实验室里,不停地攻关。她再实验时加以冷却,终于在1974年王业宁研制出中国第一台“声光调QYAG激光器”。并在中国国内激光界引起不小的震动。王业宁也由此获得1978年全国科学大会奖。

1978年10月,年逾半百的王业宁因科研而暂时放下家务和儿女,带领她的研究生向固体相变与内耗方面攻关。内耗既是实用的消声减震材料的主要性能指标,又是研究固体中物理问题的一种手段。由于不常用它,研究的人也不多。而王业宁在实践中发现因为在丰富的内耗现象中能得到确切解释的答案较少,影响了其应用。因此,王业宁在固体相变及畴界的内耗方面做了深入而系统的研究,积累了从低频到高频较全面的知识。

1981年,王业宁创建了在测量内耗的同时,能实施观察界面变化的装置。并用这个装置首次发现了二级相变涨落引起的低频内耗峰与畴的粗化过程有关的内耗峰,还确认了畴的粗细化具有一级相变特征;阐明了Te附近畴界运动引起的内耗与弹性以及介电性能反常的机理,建立了中频范围畴界粘滞运动引起的内耗及介电损耗理论。这一理论对研究形状记忆效应与铁电存储器中存在的问题可提供有用的信息。列宁格勒大学尼卡诺罗夫教授曾说过,这一研究启发了他,也对相同设备做了类似的改进,做出新的成绩。

1987年起始,王业宁将内耗方面的研究用于高温超导体领域。她发现高温超导体在Te以上的晶格不稳定性或类相变是与晶格参数的跳变相联系的。因为这一跳变量很小,不少人测量到这一跳变而不敢认定。王业宁不愧为女中豪杰,她根据自己反复实验积累的经验,首先确认了这一现象,并将研究结果寄给Argonne实验室。美国Brookhave实验室、Argonne实验室及休斯顿大学合作,用高分辨X光分析仪对YBCO单晶进行测量,肯定了这一结论。

1989年,王业宁又大胆地将耦合驰豫理论,原用于高分子与非晶材料应用到合金的领域无序区,发现由于位错与点缺陷气团相互作用引起的内耗如冷加工峰(SK峰)与沉淀峰,并合理地解释了该峰反常大的激活能的起因。由于SK峰的激活能是各学派长期研究的问题,因此,王业宁的研究引起国内外同行的瞩目,被誉为“王氏理论”。波兰、日本、瑞士、法国等国的专家也相继将这一理论运用到其他位错和界面内耗峰的研究中。

晚年经历

1991年,王业宁被选为中国科学院院士。 [4] 1992年,当王业宁当选院士的消息公诸于世后,她在台湾和美国的亲人纷纷来信祝贺。哥嫂在信中说:“这对我们来说,是几十年里最好的消息。我们王家的智慧在你这里表现出来了。” [5]

1994年,在北京国家计委、科委、教委等八个部委联合召开的国家重点实验室创建十周年总结表彰大会上,王业宁名列先进个人之列、登上领奖台,按过金光灿烂的金牛奖。王业宁希望将这一切辉煌的成果,奉献给他的慈母。然慈母已去世。给她留下无穷了遗憾。

2000年4月5日,在合肥市的中国科技大学的校园里,王业宁前来参加原中科大副校长钱临照院士的铜像揭幕仪式。 [6]

王业宁和严锋等研究了C60、两种不同弛豫过程的理论模型,发现了弛豫单元之间的关系是玻璃化转变的一个重要因素,包括弛豫单元之间的强关联导致类相变冻结过程,而弱关联引起动力学冻结过程。

张清明等建立了国内第一套低温极化电子拉曼散射系统.该系统能工作在4.2K以下并对高性质单晶体使用极化入射光.做为一种高技术,电子拉曼散射已广泛用于探索超导能隙和其各向异性,输运动态及在铜氧化物超导体中的自旋波动.一些电子拉曼散射实验已开始用于研究高性质单晶体,如LSCO,YBCO和BSCCO铜氧化物超导体.现已发现动态电子条纹可以存在于LSCO系,因此提出一种非均匀电子结构应当对理解LSCO中的超导性质提供参考。

丁勇和王业宁等首先揭示了反相边界(APB)能够被认作一种核心位置,因为新畴和弯曲90°畴有较好的流动性,两者均在BLS铁电材料的无疲劳行为中起重要作用.王业宁就此结果在不同的国际会议上做了两个邀请报告。吕笑梅等研究了铁电低维材料的各种性质,包括替代、机械疲劳、尺寸和应力效应等。并将SPM用于研究铁电体局部开关性质。

苏东和王业宁等发现弯曲的90°畴界比竖直的畴界能吸收更多的氧空位,这是某些BLS铁电体中无疲劳的根源。李伟和王业宁等提出钉扎在畴界的氧空位的运动具有较强的关联。

早在1953年,她赴沈阳金属研究所,在著名物理学家葛庭燧教授指导下从事内耗研究工作,从此奠定了她今后的研究方向:用内耗方法来研究材料的缺陷行为、力学性能以及相变内耗的规律与机理。1954年回校后,就在物理系创建了金属物理专门化内耗实验室并开展马氏体相变内耗的研究工作。经过多年日以继夜的工作,不断积累实验结果,并进行理论分析,她在五十年代末就总结出马氏体相变过程的瞬态内耗的规律,即马氏体相变过程的瞬态内耗正比于振动一周内的马氏体转变量。而国外直到六十年代末、七十年代初才报导同样的规律和相同的观点。

1963年她又首先对马氏体相变稳态内耗峰提出了界面机制。为了更深入地进行相变与缺陷的内耗研究,她又首先在国内建成了高频内耗装置Marx三节组合振子,用它研究了难熔金属的位错内耗。并发现了溶质晶界峰与脆性的关系。该装置在1964年获得国家计委、国家经委、国家科委联合颁发的“工业新产品三等奖”。

七十年代初,她转向当时的热门课题:激光研究工作,由于她有扎实的物理基础,又有超声方面的工作经验,很快在国内首先建立了测量声光介质优值M2的装置,并在国内研制出第一台声光调Q-YAG 激光器,并用它开展了非线性光学及固体中缺陷与相变的研究工作,其科研成果在1978年获全国科技大会奖。同年,她被提升为副教授,1980年晋升为教授,1981年被国务院批准为博士导师。她主持的晶体缺陷及相变内耗研究工作,经近二十年的系统深入研究,其研究成果被列入冯端教授主持的“晶体缺陷研究”项目,于1982年获得了国家自然科学二等奖,她是主要参加人。 [7]

八十年代初,王业宁又恢复了内耗研究,并指导研究生从事相变内耗的研究工作。1981年对低频稳态内耗峰提出了界面位错的静滞后型内耗理论,解释了低频内耗与频率无关的实验事实。王业宁的工作在国际第七届内耗与超声衰减会议上受到重视,多次被该大会的报告引用。对相变的瞬态内耗,王业宁也作了深入研究,把一般认为出发点不同的 Belko-Postnikov 理论和Delorme模型统一起来,并推广到非线性范围,使相变内耗的研究工作更深入。

对于高频超声衰减,王业宁也作了系统研究,考虑了位错动力学损耗机制,并指出随频率的增加,声子弛豫将逐渐占主导地位。她指导研究生在钼酸钆的铁电、铁弹相变的超声研究中,验证了衰减系数α正比于频率平方(f2)的相变理论,这是国内首先用超声研究相变的工作。

为了建立内耗与畴界运动之间的定量关系,王业宁指导研究生创建了在测量内耗的同时,能实时观察界面变化的装置。用该装置首次发现和确认了二级相变涨落引起的低频内耗峰及与畴的粗(细)化过程有关的内耗峰,还发现畴的粗(细)化具一级相就特征,这对相变内耗峰的机理是一突破性的工作。该工作还阐明了畴界运动引起的内耗与弹性,介电系数反常的机理,建立了中频(KHz) 范围的畴界粘滞损耗理论,这对进一步研究形状记忆效应及铁电存储器中存在的问题可提供有用的信息。

王业宁还善于吸收相邻学科的成就,加以发展。1989年她把Ngai的相关态理论应用到位错和点缺陷气团互作用引起的内耗峰及沉淀或溶质偏聚有关的不对称弛豫峰的机理研究中,这一开创性研究成果,受到国内外同行重视,国外有人在文章中介绍了她的工作并称为“王氏”理论。除了上述与缺陷和相变有关的内耗研究外,她还对具钙钛矿结构的LiNbO3晶体在75℃附近的物性反常作了系统研究,发现物性反常可分为两类:第一类反常只出现在75℃附近很窄温区,如双折射率、锥光干涉、非线性光学性质、穆斯堡尔谱、内耗等;第二类反常表现为在75℃附近,物性有不连续跳变,如热膨胀系数、声速、点阵参数、折射率(no和ne)等。从实验上否定了文献报导的光折变和杂质效应机制, 提出了无对称性变化的氧八面体交替旋转的模型,解释了上述两类物性反常,并把这些反常行为称为类相变行为。这种类相变现象在多种类似的晶体,如LiKSO4、LiTaO3中出现,因此该工作不仅找到了LiNbO3晶体在加工中易开裂的根源,而且有普遍的物理意义,在高温超导体的晶格不稳定性的研究中也起了重要作用。 [8]

巴斯德说过一句有名的话:“机遇只偏爱有准备的头脑。”王业宁长期从事相变内耗的研究工作,又对具钙钛矿结构的LiNbO3晶体的类相变进行了系统而深入的研究,因此,她于1987年首先用内耗方法发现YBa2Cu3Oy在110-150K 和210-250K附近有与晶格参数跳变相联系的晶格不稳定性并首先观测到形状记忆效应。后来在Tc>80K的Bi系、T1系及掺杂Y系超导材料中也观察到类似的结果, 并发现Tc以上几十K以内发生的晶格不稳定性与超导电性有着内在联系。 为排除孔洞、陶瓷材料制备工艺的干扰,她又指导研究生研究Bi2Sr2CaCu2O8 单晶的弹性行为,不仅测出了弹性各向异性而且还从声速的实验结果获得弹性系数C'= 1/2[1/2(C11+C22)-C12]在大的温区有软化,结合后来发现的正常态背景内耗平台与载流子浓度有关并在Tc附近陡降的实验结果提出了动态畸变云的载流子超导凝聚的模型并用内耗方法求得超导能隙。近年来她和她的学生对多种相变,如畴界的冻结转变磁通熔化,C60的有序无序相变等又做出了富有创新意义的结果。 大大丰富了相变内耗领域的知识。

王业宁除了在科研方面取得了重大成果外,在教书育人方面也作出了极大贡献。在她悉心培养下,已有20余名博士、硕士研究生毕业走上工作岗位,成为各科研单位的骨干力量。

王业宁学术造诣精深,著述丰硕。她先后在国内外一流学术刊物和国际会议发表论文200余篇, 并参与冯端教授主编的中国科学技术出版社出版的《金属物理》(上、下册)和《晶体缺陷和金属强度》等专著的编著工作。

王业宁除了积极参加国内外学术交流活动外,还亲自带领课题组的同志,承担着国家超导攻关项目、形状记忆应用基础研究的国家重点基金项目,有关 Ni-Ti薄膜及铁电薄膜的相变及记忆效应的国家自然科学基金和博士点基金项目等多项科研任务。 [9]

1949-1950年,南京药学院助教。

1950-1978年,南京大学物理系助教、讲师。

1978-1980年,南京大学物理系副教授 。

1980年至今 任南京大学凝聚态物理博士生导师。

1981年~1997年 任全国固体中内耗与超声衰减专业委员会主任委员

1991年当选为中国科学院数学物理学部委员(院士)。

1989年~1996年 担任第九届、第十届、第十一届国际固体中内耗与超声衰减会议的国际委员会委员。

1991年至今 任全国政协委员。

1994年至今 任中国材料学会常务理事。

1997年至今 兼任全国固体中内耗与超声衰减专业委员会名誉主席和全国电介质物理专业委员会名誉委员。

1997年 亚洲太平洋材料科学院的成员,此外还担任中国物理学会理事。

此外还担任中国形状记忆合金专业委员会顾问。ICIFUAS-9、ICIFUAS-10、ICIFUAS-11、ICIFUAS-12国际顾问委员会委员。ECIFUAS-6及SMM-94,97国际顾问委员会委员。

日本相变著名教授K.Otsuka:王业宁的实验室是其中运转得最好的一个。

澳大利亚A.R.Anderson:王业宁教授的一篇关于高温超导体的晶格不稳定性的文章评价为“excellent”。

美国Illinois大学超导权威教授Ginsberg:在一次国际超导大会的总结报告提到“从内耗这一角度来研究高温超导体,世界上做得最好的是王业宁组”。

美国海军研究所弛豫理论专家倪嘉陵教授:王业宁教授没有出国留学的经历,却能有如此多的创新思想,是很少见的。

日本马氏体相变专家K.Shimizu 教授访问中国回国后,在日本金属学会会报上突出介绍了王业宁教授的工作与成果。 [2]


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